UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
LUCIANA PEREIRA DE SOUZA BUONO
CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS
DE CONCRETO ARMADO
ENSAIOS ELETROQUÍMICOS
SÃO PAULO
2006
LUCIANA PEREIRA DE SOUZA BUONO
CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS
DE CONCRETO ARMADO
ENSAIOS ELETROQUÍMICOS
Trabalho de Conclusão de
Curso
apresentado
como
exigência
parcial
para
a
obtenção do título de Graduação
do curso de Engenharia Civil da
Universidade Anhembi Morumbi
Orientador: Profº Tiago Garcia Carmona
SÃO PAULO
2006
LUCIANA PEREIRA DE SOUZA BUONO
CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS
DE CONCRETO ARMADO
ENSAIOS ELETROQUÍMICOS
Trabalho de Conclusão de
Curso
apresentado
como
exigência
parcial
para
a
obtenção do título de Graduação
do curso de Engenharia Civil da
Universidade Anhembi Morumbi
Trabalho ___________________ em ___ de ____________ de 2006.
_____________________________________
Tiago Garcia Carmona
_____________________________________
Fernando José Relvas
Comentários:________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
AGRADECIMENTOS
À Deus, que a todo momento mostra-se presente em minha vida.
À empresa EXATA Engenharia, Eng. Tiago, Eng. Thomas e Eng. Antonio Carmona
que mostraram uma imensa vontade de dividir e aumentar conhecimentos que me
motivaram.
Ao Eng. Eder Toshio, Eng. Cláudio Murakami, Eng. Carlos Eduardo Takaoka e a
muitos outros companheiros de trabalho que me apoiaram.
Ao meu marido, que teve paciência com minha falta de tempo.
Aos meus pais, que sempre estão por perto.
RESUMO
Este trabalho apresenta os principais ensaios eletroquímicos utilizados para
avaliação, monitoração e controle da corrosão em concreto armado.
Descreve os aspectos do problema da corrosão de metais: formas de ocorrência e
particularidades, fatores intervenientes e uma aplicação destes ensaios em uma
análise crítica de um caso prático em uma estrutura em concreto armado no porto
em Santos.
Finalmente, faz uma comparação dos ensaios de potencial elétrico realizados
antes e após a recuperação de parte da estrutura.
Palavras chave: Corrosão. Ensaio Eletroquímico. Concreto Armado.
ABSTRACT
This work shows the main electrochemicals tests used for valuation, monitoring and
control of steel corrosion in concrete.
It describes the aspects of steel corrosion problems: forms of occurrence and
features, intervenient factors and an application of this test on a critical analysis of a
practical case in reinforced concrete structure on a port in Santos.
Finally, it does a comparison between the electrochemicals tests applied before and
after the recuperation of structure part.
Words key: Corrosion. Electrochemical. Test. Reinforced Concrete.
LISTA DE FIGURAS
Figura 5.1 – Tipos de corrosão e fatores que as provocam (CASCUDO,
1997). ..................................................................................................................... 22
Figura 5.2 – Pilha eletroquímica clássica (CASCUDO, 1997) ................................ 25
Figura 5.3- Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico, delimitando
os domínios de corrosão, passivação e imunidade (CASCUDO, 1997)................. 26
Figura 5.4 – Esforços produzidos que levam à fissuração e destacamento do
concreto, devidos à corrosão de armaduras (CASCUDO, 1997). .......................... 30
Figura 5.5 – Vista de um pilar apresentando flambagem da armadura
longitudinal (CASCUDO, 1997). ............................................................................. 30
Figura 5.6 –Detalhe da estrutura de concreto armado de uma plataforma de
pesca no Rio Grande do Sul (CASCUDO, 1997). .................................................. 31
Figura 5.7 – Curva de Tafel ideal (CASCUDO, 1997). ........................................... 40
Figura 5.8 – Evolução do Rp aparente dos circuitos A e B (CASCUDO,
1997). ..................................................................................................................... 42
Figura 5.9 – Variação de Rp e Icorr (CASCUDO, 1997). ....................................... 43
Figura 5.10 – Sistema para medida de resistência de polarização
(CASCUDO, 1997) ................................................................................................. 46
Figura 5.11 – Distribuição não uniforme do sinal elétrico pelo CE sobre a
armadura – área polarizada indefinida (CASCUDO, 1997). ................................... 46
Figura 5.12 – Camada superficial de concreto altamente resistivo
(CASCUDO, 1997) ................................................................................................. 51
Figura 5.13 – Medida de potencial afetada pelo cobrimento do concreto
(CASCUDO, 1997) ................................................................................................. 51
Figura 5.14 – Mapas de potenciais (CASCUDO, 1997) ......................................... 54
Figura 5.15 – Circuito básico para a técnica de medida de resistência
elétrica de uma sonda embutida no concreto (CASCUDO, 1997).......................... 57
Figura 5.16 – Instalação de sonda de resistência elétrica embutido em
concreto (CASCUDO, 1997) .................................................................................. 58
Figura 6.1 – Vista geral do cais .............................................................................. 60
Figura 6.2 – Vista das estacas ............................................................................... 60
Figura 6.3 - Estaca próxima a junta de dilatação (EXATA, 2005) .......................... 61
Figura 6.4 – Estacas de periferia (EXATA, 2005)................................................... 62
Figura 6.5 –Estaca com ruptura junto a laje (EXATA, 2005) .................................. 62
Figura 6.6 – Estacas com ruptura abaixo do nível d´água (EXATA, 2005) ............ 63
Figura 6.7 – Exposição de armaduras nas estacas (EXATA, 2005)....................... 63
Figura 6.8 – Ensaio de ultra-som (EXATA, 2005) .................................................. 67
Figura 6.9 – Medida de perda de seção (EXATA, 2005)........................................ 70
Figura 6.10 – Amostras de concreto (EXATA, 2005). ............................................ 72
Figura 6.11 – Ensaio de profundidade de carbonatação (EXATA, 2005)............... 74
Figura 6.12 – Medida de temperatura e umidade (EXATA, 2005).......................... 75
Figura 6.13 – Determinação da temperatura da água (EXATA, 2005)................... 76
Figura 6.14 – Coleta de amostra de água para realização de ensaios em
laboratório (EXATA, 2005). .................................................................................... 77
Figura 6.15 – Pólo do milivoltímetro conectado à armadura .................................. 80
Figura 6.16 – Traçado de malha para orientação................................................... 81
Figura 6.17 – Medida de potencial ......................................................................... 81
Figura 6.18 – Esquema, em vista da realização dos ensaios................................. 82
Figura 6.19 – Posição dos ensaios ........................................................................ 82
Figura 6.20 – Gráfico de potenciais versus tempo (CASCUDO, 1992). ................. 87
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1– Critério para avaliação da corrosão pela velocidade obtida pelos
métodos de resistência de polarização .................................................................. 48
Tabela 5.2 – Avaliação dos resultados obtidos mediante a técnica de medida
de potenciais de eletrodo. ...................................................................................... 55
Tabela 5.3 – Risco de dano da corrosão e em função do potecial e das
condições do concreto e do meio-ambiente ........................................................... 55
Tabela 6.1 – Resistência à compressão ................................................................ 64
Tabela 6.2 – Absorção de água por imersão ......................................................... 65
Tabela 6.3 – Absorção de água por capilaridade ................................................... 66
Tabela 6.4 – Parâmetros para análise do ensaio de ondas de ultrasom................ 67
Tabela 6.5 – Ultra-som........................................................................................... 68
Tabela 6.6 – Dureza superficial.............................................................................. 68
Tabela 6.7 – Cobrimento de armaduras................................................................. 69
Tabela 6.8 – Perda de seção de concreto das estacas.......................................... 69
Tabela 6.9 – Perda de seção das armaduras......................................................... 71
Tabela 6.10 – Teor de cloretos............................................................................... 72
Tabela 6.11 – Teor de sulfatos............................................................................... 73
Tabela 6.12 – Profundidade de carbonatação........................................................ 74
Tabela 6.13 – Risco de corrosão de armadura (CEB, 2002).................................. 75
Tabela 6.14 – Umidade e temperatura................................................................... 76
Tabela 6.15 – Característica da água .................................................................... 77
Tabela 6.16 – Ensaio eletroquímico de potenciais elétricos................................... 78
Tabela 6.17 – Ensaio de Potencial na estaca E1233 ............................................. 83
Tabela 6.18 – Ensaio de potencial na estaca E1226 ............................................. 83
Tabela 6.19 – Ensaio de Potencial na estaca E1086 ............................................. 84
Tabela 6.20 – Ensaio de potencial na estaca E1424 ............................................. 85
LISTA DE SÍMBOLOS E DE SIGLAS
ddp
Diferença de potencial
mg/dc²/dia
Miligramas por decímetro quadrado por dia
mpy
Milésimos de polegadas por ano
mmpy
Milímetros por ano
ipy
Polegadas por ano
μmpy
Micrometros por ano
i
Corrente elétrica
icorr
Corrente de corrosão
A/cm²
Ampere por centímetro quadrado
ΜA/ cm²
Micro Ampere por centímetro quadrado
Ca(OH)2
Hidróxido de cálcio
NaOH
Hidróxido de sódio
KOH
Hidróxido de potássio
pH
Potencial hidrogeniônico
Rp
Resistência de polarização
ΔE
Variação do potencial
ΔI
Intensidade de corrosão
B
Constante de proporcionalidade obtido por Stern & Geary
mV
Milivolts
βa
Constante de Tafel anódica
βc
Constante de Tafel catódica
Ecorr
Potencial de corrosão
c
Capacitância da dupla camada elétrica
τ
Tempo necessário para atingir o estado estacionário na polarização
galvanostática
CA
Corrente alternada
IR
Queda ôhmica
l
comprimento
L
Comprimento do sinal elétrico
D
Diâmetro da área circular do anel de confinamento
Cl-
Íons de cloreto
UR
Umidade relativa do ar
Cu/CuSO4
Cobre/ sulfato de cobre
O2
Oxigênio
H2O
Água
CO2
Gás carbônico
k
Coefiente de carbonatação do concreto
SO3
Anidrido sulfúrico
E
Diferença de potencial
A
Área da seção transversal
Ω
Ohms
Ωm
Ohms x metro
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO.............................................................................................................................. 15
2
OBJETIVOS.................................................................................................................................. 17
2.1
Objetivo geral
17
2.2
Objetivo específico
17
3
MÉTODO DE TRABALHO............................................................................................................ 18
4
JUSTIFICATIVA............................................................................................................................ 19
5
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................................... 20
5.1
Generalidades da corrosão eletroquímica em meio aquoso
20
5.1.1
Definição ........................................................................................... 20
5.1.2
Classificação..................................................................................... 21
5.1.3
Mecanismo ....................................................................................... 22
5.2
5.1.3.1
Definições .................................................................................. 22
5.1.3.2
Corrosão Eletroquímica em Meio Aquoso ................................. 24
Corrosão de armaduras em concreto
5.2.1
25
Caso específico do concreto............................................................. 26
5.2.1.1
Período de Iniciação .................................................................. 27
5.2.1.2
Período de Propagação ............................................................. 28
5.2.2
Conceito de micro e macropilha........................................................ 28
5.2.3
Produtos de corrosão........................................................................ 29
5.2.4
Efeitos da corrosão ........................................................................... 29
5.3
Fatores intervenientes
31
5.3.1
Cobrimento ....................................................................................... 31
5.3.2
Temperatura ..................................................................................... 32
5.3.3
Tipo de cimento e adições ................................................................ 32
5.3.4
Tipo de aço ....................................................................................... 32
5.3.5
Fissuras do concreto de cobrimento ................................................. 33
5.3.6
Relação água/ cimento ..................................................................... 33
5.3.7
Permeabilidade e absorção .............................................................. 33
5.3.8
Resistividade elétrica do concreto .................................................... 34
5.4
Avaliação da corrosão de armaduras
5.4.1
34
Inspeção de estruturas de concreto com ênfase no controle............ 35
5.5
5.4.1.1
Identificação da corrosão e natureza do ataque ........................ 35
5.4.1.2
Avaliação qualitativa e quantitativa da corrosão ........................ 37
Técnicas eletroquímicas para monitoramento, avaliação e estudo da
corrosão em armaduras de concreto
5.5.1
37
Técnica da resistência de polarização .............................................. 37
5.5.1.1
A interferência da queda ôhmica na determinação de Rp ......... 44
5.5.1.2
Aplicação da técnica.................................................................. 45
5.5.1.2.1 Procedimentos de aplicação................................................... 45
5.5.1.2.2 Informações obtidas ............................................................... 47
5.5.1.3
5.5.2
Critério de avaliação .................................................................. 48
Técnica de potenciais de corrosão ................................................... 48
5.5.2.1
Histórico..................................................................................... 48
5.5.2.2
Princípio da técnica ................................................................... 49
5.5.2.3
Fatores intervenientes nas medidas de potencial...................... 50
5.5.2.3.1 Camadas superficiais de concreto de alta resistividade ......... 50
5.5.2.3.2 Qualidade do concreto e espessura do cobrimento ............... 51
5.5.2.3.3 Frentes de carbonatação e cloretos ....................................... 52
5.5.2.3.4 Teor de umidade do concreto................................................. 52
5.5.2.3.5 Correntes de fuga................................................................... 53
5.5.2.4
Apresentação dos resultados .................................................... 53
5.5.2.5
Critérios de avaliação ................................................................ 54
5.5.3
Técnica da resistência elétrica.......................................................... 56
5.5.3.1
6
Procedimentos de aplicação...................................................... 58
ESTUDO DE CASO – CAIS TERMAG......................................................................................... 59
6.1
Descrição do local
59
6.2
Introdução
60
6.3
Danos encontrados nas estacas
61
6.4
Ensaios para caracterização da estrutura
64
6.4.1
Análise visual .................................................................................... 64
6.4.2
Resistência à compressão ................................................................ 64
6.4.3
Absorção de água por imersão ......................................................... 65
6.4.4
Absorção de água por capilaridade .................................................. 66
6.4.5
Velocidade de propagação de ondas de ultrasom ............................ 66
6.4.6
Dureza superficial do concreto.......................................................... 68
6.4.7
Cobrimento das armaduras .............................................................. 69
6.4.8
Perda de seção de concreto das estacas ......................................... 69
6.4.9
Perda de seção das armaduras ........................................................ 70
6.4.10
Teor de cloretos ................................................................................ 71
6.4.11
Teor de sulfatos ................................................................................ 73
6.4.12
Profundidade de carbonatação ......................................................... 73
6.4.13
Umidade relativa do ar e temperatura ambiente e da água .............. 75
6.4.14
Agressividade da água ..................................................................... 76
6.5
Ensaio de Potencial elétrico para avaliação da corrosão -1ª série
(2005) 78
6.6
Ensaio de Potencial elétrico para avaliação da corrosão -2ª série
(agosto/ 2006)
7
79
6.6.1
Procedimentos .................................................................................. 80
6.6.2
Resultados ........................................................................................ 82
COMPARAÇÃO CRÍTICA ..................................................................................87
CONCLUSÕES .........................................................................................................89
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..........................................................................90
ANEXO A – ANÁLISE VISUAL DAS ESTACAS........................................................92
ANEXO B – PLANTA DE FUNDAÇÕES ...................................................................97
ANEXO C – DETALHE DE REPARO COM USO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO ......99
ANEXO D – DETALHE DE REPARO SEM O USO DO ÂNODO ............................101
15
1 INTRODUÇÃO
É notório o uso do concreto pela humanidade. Este material só perde em utilização
no nosso planeta para a água; pois, segundo METHA (1994) apud NOBREGA,
(2002), apesar de não ser tão resistente e tenaz quanto o aço, apresenta resistência
à ação da água, mostra-se de fácil execução quando em elementos estruturais, e
por último, apresenta-se mais barato e mais facilmente produzido no canteiro.
Hoje vemos uma grande quantidade de obras de reestruturação e reforço (viadutos,
edifícios, etc), devido a diversos fatores: desgaste por intempéries com o tempo,
desgaste pela agressividade do meio (áreas litorâneas ou grandes centros urbanos,
poluição), além de deficiência no dimensionamento e execução, aumento de carga
atuante e muitos outros fatores que interferem no uso de uma estrutura. Além disso,
se observa que a vida útil das estruturas em muitos casos supera as expectativas de
projeto.
Diversas são as manifestações patológicas observadas nas estruturas, entre elas:
degradação química, flechas, nichos, fissuras ativas e passivas, manchas
superficiais e corrosão das armaduras. Estas manifestações diminuem a vida útil da
estrutura, elevam o custo de manutenção e em casos extremos podem levar até a
ruína.
De acordo com a Lei de Custos (SITTER, 1984 apud HELENE, 2001 ) o custo de
uma ação corretiva, ou seja, após a manifestação do problema, varia 5 a 25 vezes o
custo da manutenção preventiva. Por essa razão a identificação precoce de danos
resulta em uma substancial economia na manutenção de estruturas.
A avaliação dos níveis de corrosão e a monitoração de sua evolução são
importantes ferramentas quando se deseja realizar a manutenção de uma estrutura.
16
Dentro dos ensaios não destrutivos que permitem a monitoração e avaliação, os
ensaios eletroquímicos são de maior importância, por ser a corrosão um fenômeno
eletroquímico.
Neste trabalho temos o fenômeno de corrosão das armaduras sob o enfoque nos
principais ensaios eletroquímicos disponíveis, suas características, aplicações e
relação com outros ensaios (físicos, químicos e etc).
17
2 OBJETIVOS
Neste trabalho se objetiva estudar os fenômenos relacionados à corrosão com
enfoque nos ensaios eletroquímicos.
2.1
Objetivo geral
Identificar os principais aspectos relacionados ao processo da corrosão em
estruturas de concreto armado: os mecanismos de corrosão, suas principais
características, classificações e apresentar os principais métodos de avaliação e
monitoração da corrosão por ensaios eletroquímicos.
2.2
Objetivo específico
Identificar as características, vantagens e desvantagens dos diversos ensaios
eletroquímicos utilizados na avaliação e monitoração de corrosão em estruturas de
concreto armado.
Analisar um caso, comparando os resultados de um ensaio eletroquímico antes e
após a recuperação.
18
3 MÉTODO DE TRABALHO
Este trabalho tem como base, pesquisa em publicações, livros, teses, sites e
conhecimento adquirido com visitas a profissionais que militam na área.
Ao final do trabalho um estudo de caso que exemplifica a aplicação dos ensaios
eletroquímicos.
19
4 JUSTIFICATIVA
De acordo com a NBR 6118/2003, “As estruturas de concreto devem ser projetadas,
construídas e utilizadas de modo que sob as condições ambientais e respeitadas as
condições de manutenção preventivas especificadas no projeto, conservem sua
segurança, estabilidade, aptidão em serviço e aparência aceitável durante um
período prefixado de tempo, sem exigir medidas extras de manutenção e reparo”.
Nas últimas décadas está sendo verificada a necessidade de que essas estruturas
resistam por muito mais tempo do que sua vida útil de projeto, pois não é viável a
substituição de pontes, viadutos, prédios, etc, muito menos a sua inutilização. Além
de que existe a necessidade de monitoração destas estruturas devido a mudanças
de uso, aumento de carga entre outros fatores.
Sendo assim atualmente se torna maior a importância dos métodos para a avaliação
das condições de estabilidade e segurança das estruturas.
Este trabalho trata do problema da corrosão de armaduras de estruturas em
concreto armado, visto ser um dano que representa 20% de incidência nas
manifestações patológicas em estruturas de concreto armado (HELENE, 2001).
E sendo os ensaios eletroquímicos uma forma de avaliação e monitoração “in loco”
de estruturas em concreto armado, não destrutivos e ainda capazes de indicar a
probabilidade de corrosão antes do aparecimento de sintomas aparentes, estes, são
o enfoque do trabalho.
20
5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Na seqüência, uma introdução ao problema da corrosão, sua ocorrência no concreto
armado, avaliação e monitoração por Ensaios Eletroquímicos.
5.1
Generalidades da corrosão eletroquímica em meio aquoso
Este item apresenta algumas generalidades da corrosão eletroquímica em meio
aquoso.
5.1.1 Definição
Diversas são as definições dadas ao processo de corrosão entre elas:
¾ Processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu
estado original.
¾ Destruição ou deterioração de um material devido à reação química ou
eletroquímica com seu meio
¾ Transformação de um material pela sua interação química ou eletroquímica
com o meio
Para o estudo aqui apresentado, a melhor definição é a apresentada por CASCUDO
(1997),
A corrosão pode ser definida como a interação destrutiva ou a interação que
implique inutlização para uso, de um material com o ambiente, seja por
reação química, ou por eletroquímica. No caso de um metal, ele é
convertido a um estado não metálico; quando isto ocorre, o metal perde
suas qualidades essenciais tais como resistência mecânica, elasticidade e
ductilidade.
21
5.1.2 Classificação
Para um melhor entendimento dos processos e características envolvidos nos
processo de corrosão de armaduras, as diversas bibliografias, vem ao longo da
história apresentando diversas formas de classificá-los. A seguir apresentamos as
classificações que são de interesse neste estudo:
Segundo a natureza do processo a corrosão é classificada como:
¾ corrosão eletroquímica: é um ataque de natureza eletroquímica, ocorrendo em
meio aquoso, formando uma pilha1 , com eletrólito2 (formado a partir da presença
de umidade no concreto) e diferença de potencial entre trechos da superfície
metálica. Esse é o caso mais nocivo às obras civis;
¾ corrosão química: que acontece com a reação gás-metal, formando uma película
de óxido. Não provoca deterioração substancial das superfícies metálicas, exceto
quando interagirem com gases extremamente agressivos.
Segundo a morfologia, a corrosão é separada conforme Figura 5.1:
¾ corrosão generalizada: ocorre em toda a superfície metálica. Pode ser uniforme
(superfície regular) ou não uniforme (superfície irregular);
¾ corrosão puntiforme (pite): é localizada, tendendo a aprofundar-se e causar
ruptura pontual. Tende a ser gravíssima, pois a corrosão é tão intensa quanto
maior a relação área catódica/ anódica, no entanto, “nos casos práticos da
corrosão aço-carbono no concreto não é registrada a ocorrência do pite clássico,
como visto em outros meios e com outros materiais (CASCUDO, 1997)”;
1
PILHA OU CÉLULA ELETROQUÍMICA: fonte geradora de corrente onde se tem uma zona anódica
(onde ocorrem 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 permite a condução do fluxo eletrônico no sentido ânodo-cátodo e o eletrólito
(CASCUDO, 1997).
2
ELETRÓLITO: constitui uma solução carregada ionicamente, essa fase líquida é essencial ao
processo eletroquímico de corrosão porque permite ocorrerem as reações anódicas e catódicas,
além, de possibilitar também a ocorrência do fluxo iônico do processo, o qual compõe a corrente
elétrica de corrosão (CASCUDO, 1997).
22
¾ corrosão sob tensão fraturante: também localizada, ocorre em armaduras sujeitas
a altas tensões de tração, dando origem a fissuras na estrutura do aço.
Geralmente ocorre em estruturas protendidas, mas pode ocorrer também em
estruturas em concreto armado. Caracteriza-se por se tratar de uma corrosão
sem sintomas visuais e por rupturas bruscas.
Figura 5.1 – Tipos de corrosão e fatores que as provocam (CASCUDO, 1997).
5.1.3 Mecanismo
Apresentamos, na seqüência, uma descrição dos mecanismos do processo de
corrosão. Para o melhor entendimento, inicialmente se apresenta as principais
definições e conceitos utilizados.
5.1.3.1 Definições
¾
Eletrodo
Conforme CASCUDO (1997),
É definido quando, ao mergulhar um metal numa solução aquosa, observase uma situação de equilíbrio ou estado estacionário, caracterizada pela
23
formação da dupla camada elétrica (arranjo de partículas carregadas e/ou
dipolos orientados existentes em qualquer interface material/ meio aquoso).
¾
Potencial de eletrodo
Quando se examina a dupla camada elétrica temos uma distribuição de cargas
elétricas, estabelecendo uma diferença de potencial (ddp) entre o metal e a solução
que varia com a relação entre o eletrólito e o eletrodo. Caso o sistema esteja em
equilíbrio, o potencial do eletrodo é chamado de Potencial de Equilíbrio.
¾
Eletrodo de referência
Medir o valor absoluto da diferença de potencial (ddp) é inviável, visto que para se
medir seria necessária a inserção de um outro elemento metálico na solução,
causando uma nova diferença de potencial, formando assim uma célula
eletroquímica (dois eletrodos metálicos em contato elétrico, imersos em eletrólito).
Com isso foi necessária a utilização de eletrodos de referência, para o caso de
armaduras para concreto armado são mais utilizados os de calomelano saturado e
sulfato de cobre.
¾
Polarização do eletrodo
Numa condição de equilíbrio, através da dupla camada elétrica temos um potencial
de equilíbrio que caracteriza a reação de um determinado eletrodo. Se esse
potencial for alterado de alguma forma, temos que o eletrodo sofreu polarização.
Particularmente quando uma amostra metálica apresenta corrosão eletroquímica,
ela assume um potencial, no qual a taxa de oxidação no ânodo é exatamente igual à
taxa de reação de redução no cátodo, ou seja, todos os elétrons liberados nas
reações anódicas de oxidação são consumidas nas reações catódicas de redução,
caracterizando assim a pilha ou célula eletroquímica de corrosão; esse potencial
está em um equilíbrio dinâmico com o meio (embora a corrosão se processe
indefinidamente) e é conhecido por Potencial de Corrosão (Ecorr) (CASCUDO,
1997).
¾
Taxa de corrosão
24
Expressa a velocidade do processo de corrosão. As principais unidades são
mg/dm2/dia (mmd – miligramas por decímetro por dia) ou mpy (milésimos de
polegadas por ano) ou mmpy (milímetros por ano).
Essa medida é importante visto que a corrosão depende da área de superfície
metálica exposta ao meio aquoso e por quanto tempo.
Ainda existem outras duas formas de medir a profundidade do ataque, ipy (pol/ ano)
e μmpy (micrometros/ ano).
Outra forma de medir a taxa de corrosão é medindo o movimento de elétrons de
regiões anódicas para catódicas, através da densidade de corrente de corrosão
(icorr), cujas unidades são Ampere por centímetro quadrado (A/cm²) ou micro
Ampere por centímetro quadrado (μA/ cm²). Quanto maior a corrente elétrica, maior
a taxa de corrosão.
Assim, temos como calcular a quantidade de metal, em massa, que se corrói,
quando conhecemos a densidade da corrente elétrica do sistema, que é dado pelo
quociente entre a corrente de corrosão e a área anódica.
5.1.3.2 Corrosão Eletroquímica em Meio Aquoso
Quando um metal é introduzido em uma solução contendo íons, inclusive íons desse
metal, há um movimento entre o potencial do metal e da solução a fim de entrarem
em equilíbrio, formando a dupla camada elétrica. Se forem inseridos dois metais
diferentes poderemos ter dois equilíbrios entre os metais e a solução. Se esses
metais tiverem um condutor metálico, haverá a passagem espontânea de elétrons
pelo condutor no sentido do metal de maior densidade (eletrodo de potencial mais
eletronegativo) para aquele de densidade menor, ou seja, do metal menos nobre
para o mais nobre, formando assim uma fonte geradora de corrente, uma pilha
eletroquímica, conforme figura 5.2.
25
Figura 5.2 – Pilha eletroquímica clássica (CASCUDO, 1997)
A pilha eletroquímica pode acontecer também entre o mesmo metal, ocorrendo entre
regiões diferentes da superfície do mesmo, como acontece nas armaduras das
estruturas em concreto armado.
As pilhas são formadas por:
¾
ânodo: eletrodo (metal) que sofre oxidação. Perde elétrons para o cátodo.
¾
cátodo: há um ganho de elétrons , onde ocorre a deposição catódica;
¾
eletrólito: condutor (usualmente um líquido) com íons que transportam a
corrente elétrica;
¾
circuito metálico (condutor): ligação metálica entre o ânodo e o cátodo, por
onde escoam os elétrons no sentido ânodo-cátodo.
5.2
Corrosão de armaduras em concreto
A corrosão de armaduras em concreto é um caso específico de corrosão
eletroquímica, como segue:
26
5.2.1 Caso específico do concreto
No concreto, o eletrólito apresenta características de resistividade elétrica mais altas
que os eletrólitos típicos “(meio aquoso comum, não confinado a uma rede de poros,
como é o caso do concreto) (CASCUDO, 1997)”.
O interior do concreto é um meio altamente alcalino (pH em torno de 12,5). Esta
alcalinidade se deve da fase líquida dos poros do concreto, onde nas primeiras
idades, é uma solução saturada de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), oriunda das
reações de hidratação do cimento. Via de regra, o concreto mantém esta
alcalinidade em idades avançadas, sendo que composta por hidróxido de sódio
(NaOH) e hidróxido de potássio (KOH), originados no álcalis do cimento.
O diagrama potencial versus pH do sistema ferro-água a 25°C (figura 5.3),
que para a ordem de grandeza do pH do concreto (aproximadamente 12,5)
e para uma faixa usual de potencial de corrosão, também no concreto, da
ordem de +0,1 a –0,4 V em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio, as
reações de eletrodo verificadas no ferro são de passivação (CASCUDO,
1997).
Figura 5.3- Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico, delimitando os domínios de
corrosão, passivação e imunidade (CASCUDO, 1997).
27
Esse
diagrama
demonstra
um
processo
particular
de
reação
corrosiva
termodinamicamente favorável.
Assim, a armadura presente no interior do concreto, no meio alcalino, está protegido
da corrosão, devido a uma película de proteção, de caráter passivo, que envolve a
armadura. Esta película é muito aderente ao aço e invisível. Ela é formada
rapidamente nas reações de oxidação do ferro e de redução do oxigênio inicialmente
presente na fase líquida dos poros do concreto. No estado de passivação, a
corrosão não é nula, mas é extremamente limitada pela resistência ôhmica da
película.
Dessa forma, iremos dividir o mecanismo de corrosão em duas fases: Iniciação e
propagação
5.2.1.1 Período de Iniciação
O período de iniciação vai da aplicação da armadura ao momento da ação do
agente agressivo sobre a armadura.
A presença da película de passivação protege a armadura de processos corrosivos,
no entanto, pode ser perdida em duas situações:
-
presença de uma quantidade suficiente de íons cloreto: podem vir do meio
externo e atingir a armadura por difusão ou já estarem no interior do concreto,
devido à água de amassamento e/ou agregados contaminados, ou até pela adição
de aceleradores de pega à base de cloretos;
-
diminuição da alcalinidade do concreto: pode ocorrer devido a reações de
carbonatação ou à penetração de substâncias ácidas no concreto. Em algumas
situações, a queda da alcalinidade pode ocorrer devido a lixiviação (lavagem) do
concreto, mas é necessário que haja uma certa pressão hidráulica no concreto
devido a ação de águas.
28
5.2.1.2 Período de Propagação
É o período que vai do início do processo de corrosão até este atingir um nível
inaceitável de corrosão.
Uma vez despassivada a armadura, ela fica vunerável à corrosão, iniciando-se o
processo de propagação do fenômeno desde que haja os elementos básicos
(eletrólito, diferença de potencial e oxigênio).
5.2.2 Conceito de micro e macropilha
As
macropilhas
são
pilhas
onde
as
áreas
anódicas
e
catódicas
são
consideravelmente afastadas uma das outras, já nas micropilhas, as distâncias são
microscópicas.
A ação de macropilhas no concreto ocorre quando há variação de qualidade
(porosidade, permeabilidade, etc) no concreto. Só é possível com condutividade
elétrica elevada, havendo continuidade do eletrólito entre o ânodo e o cátodo.
Consistindo em áreas corroídas (ânodo) e outras em perfeito estado (cátodo).
A ação de micropilhas no concreto pode ocorrer devido a cloretos (em altos níveis) e
à queda do pH (carbonatação), mas sua ocorrência tende a ser em regiões de
menor heterogeneidade do concreto.
Temos que em estruturas de concreto predominam a ação de micropilhas. Se forem
observadas grandes desuniformidades ou variação acentuada na espessura do
cobrimento no concreto ou mesmo ataques diferenciados do ambiente, geralmente
se instala uma situação mista. Nas áreas onde os agentes agressivos penetram,
29
formam-se zonas de micropilhas. Como próximo a essas áreas existem zonas em
perfeito estado, estas começam a funcionar como ânodo, fornecendo elétrons para
as áreas sem processo de corrosão, havendo a redução de oxigênio, processo da
macropilha. Então temos a área de micropilha funcionando como ânodo da
macropilha, sem perder totalmente suas características, sendo que somente as
condições do concreto indicarão qual processo será predominante.
5.2.3 Produtos de corrosão
Os produtos finais da corrosão de armaduras dependem de diversos fatores como,
por exemplo, a temperatura, teor de cloretos, poluição. Os produtos geralmente
encontrados são a goetita, a lepidocrocita e a magnetita. Sendo que os produtos
goetita e a lepidocrocita são expansivos, enquanto a magnetita não apresenta um
volume tão grande na formação da ferrugem.
5.2.4 Efeitos da corrosão
Os produtos da corrosão são uma variedade de óxidos e hidróxidos de ferro que
ocupam o local da armadura, com volumes de 3 a 10 vezes superiores ao volume
original do aço da armadura, o que causam grandes tensões internas no concreto.
Conforme o processo de corrosão aumenta, esses produtos expansivos vão se
acumulando ao redor das armaduras, formando crostas.
Os esforços agem de forma radial na barra, gerando tensões de tração que fissuram
o concreto, fissuras que aumentam com o decorrer do processo, podendo, inclusive
causar o destacamento de placas de concreto.
30
Em peças como pilares, submetidas a flexocompressão, esse destacamento do
concreto significa perda de seção da estrutura, fazendo com que a armadura passe
a suportar as cargas de compressão, fazendo com que as armaduras sofram
deformações como a flambagem das barras verticais (figura 5.5).
Figura 5.4 – Esforços produzidos que levam à fissuração e destacamento do concreto, devidos
à corrosão de armaduras (CASCUDO, 1997).
Figura 5.5 – Vista de um pilar apresentando flambagem da armadura longitudinal (CASCUDO,
1997).
Mas, nem toda corrosão provoca fissuras no concreto. Se o concreto estiver úmido,
os óxidos podem migrar através dos poros e aparecerem na superfície em forma de
manchas marrom-avermelhadas, que podem aparecer não coincidenetes com a
posição das armaduras (figura 5.6).
31
Figura 5.6 –Detalhe da estrutura de concreto armado de uma plataforma de pesca no Rio
Grande do Sul (CASCUDO, 1997).
A corrosão pode danificar a estrutura de duas formas principais: causando a
diminuição da área da armadura e fissurando o concreto.
5.3
Fatores intervenientes
Alguns fatores interferem nas características do concreto, facilitando ou dificultando
a ação da corrosão. Na seqüência são tratados alguns desses fatores.
5.3.1 Cobrimento
O concreto de cobrimento da armadura é a chamada proteção física. Ele protege a
armadura de agentes agressivos e umidade, mantendo sua proteção química. Nos
projetos de estruturas, o cobrimento é calculado de acordo com a agressividade do
32
meio em que será executado, mas também deve ser levada em consideração, a
qualidade do concreto (fator/água cimento).
5.3.2 Temperatura
A temperatura pode influenciar na deterioração do concreto de duas formas. O seu
aumento pode acelerar a velocidade de corrosão e a mobilização iônica, já a sua
diminuição pode permitir condensações que podem produzir incrementos locais no
teor de umidade.
5.3.3 Tipo de cimento e adições
Segundo CASCUDO (1997),
em geral, concreto com adições de escória de alto forno ou com adições de
materiais pozolânicos tais como cinza volante ou sílica ativa, apresentam
estruturas de pasta mais compactas e, portanto, os desempenhos desses
concretos quanto à penetração de líquidos, gases e íons são
consideravelmente melhores se comparados aos concretos de cimento
Portland comum. Isto significa importantes benefícios quanto à ação
deletéria dos cloretos. Em contrapartida, parece ser uma realidade o fato de
que tais adições em geral pioram o comportamento dos concretos à
carbonatação. Como balanço final, os benefícios propiciados pelos cimentos
com adição são sem dúvida maiores do que os eventuais prejuízos obtidos.
5.3.4 Tipo de aço
Barras de aço sem proteção, em um mesmo ambiente podem ter velocidades de
corrosão diferenciadas pelo tipo de aço. Aços que foram mais processados
(tratamento a frio, trefilação) ou aços com alto teor de carbono, são mais suscetíveis
a corrosão em comparação a outros aço de menor dureza e resistência mecânica.
33
5.3.5 Fissuras do concreto de cobrimento
Existem duas linhas de discussão quanto às fissuras do concreto de cobrimento.
A primeira alega que essas fissuras intensificam a corrosão.
A segunda, que as fissuras simplesmente antecipam a ação corrosiva, mas não têm
função intensificadora a ponto de diminuir a vida útil da estrutura.
5.3.6 Relação água/ cimento
A relação água/ cimento é um dos parâmetros mais importantes na avaliação de
fatores facilitadores da corrosão, visto que ela determina a qualidade do cimento
(porosidade, compacidade). E quanto maior a qualidade, melhor a capacidade
protetora do concreto.
Relação de água/ cimento baixa retarda a entrada de cloretos, dióxido de carbono e
oxigênio, além de dificultar o contato da armadura com umidade e agentes
agressivos externos.
5.3.7 Permeabilidade e absorção
Quanto maiores os índices de permeabilidade e absorção, menor é a qualidade do
concreto, ou seja, menor a proteção à corrosão.
34
5.3.8 Resistividade elétrica do concreto
A resistividade elétrica depende do teor de umidade, da permeabilidade e do grau de
ionização do eletrólito do concreto.
Diversos autores têm constatado, a partir de trabalhos experimentais, uma direta
proporcionalidade entre a taxa de corrosão e a condutividade elétrica do concreto,
sendo esta o inverso da resistividade. A resistividade, pois, é um dos fatores
controladores da função eletroquímica. 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 do
oxigênio) (CASCUDO, 1997).
5.4
Avaliação da corrosão de armaduras
Uma avaliação completa de uma estrutura de concreto envolve em se analisar a
durabilidade, resistência e estabilidade dessa estrutura. A durabilidade envolve
investigações das condições das armaduras (se estão passivadas ou não), sobre as
condições de carbonatação do concreto, presença de agentes agressivos (cloretos,
sulfatos) e a presença de agregados reativos. A avaliação da resistência e
estabilidade da estrutura envolve técnicas como ultrassom, esclerometria e extração
de testemunhos de concreto e provas de carga.
Inicialmente, faz-se uma análise visual e pequenos ensaios, onde se obtém
parâmetros para uma análise mais detalhada para se avaliar a extensão da
deterioração da estrutura, que é a análise gravimétrica e a eletroquímica.
35
A avaliação gravimétrica são estudos feitos em laboratório e visam quantificar o
processo corrosivo pela perda de massa dos metais, obtendo-se assim a taxa de
corrosão gravimétrica dada pela área exposta e tempo de exposição. O
inconveniente é a destruição da estrutura para a análise.
Os métodos eletroquímicos já são muito mais sensíveis, rápidos e não destrutíveis.
Eles podem ser feitos “in situ” e fornecem informações sobre o estado superficial do
concreto
e
taxas
de
corrosão,
chamadas
taxas
de
corrosão
estimadas
eletroquimicamente.
5.4.1 Inspeção de estruturas de concreto com ênfase no controle
Muitas técnicas são empregadas na detecção, identificação, avaliação e
monitoramento da corrosão. Essas técnicas são importantes para o controle do
processo corrosivo, seja na fase inicial ou avançada. Mas é claro, que uma estrutura
diagnosticada precocicamente simplifica as ações de recuperação e diminui,
inclusive, os custos para solução do problema.
5.4.1.1 Identificação da corrosão e natureza do ataque
A corrosão em armaduras pode ser detectada através de métodos visuais e de
potencial de corrosão.
¾ Análise visual
Os sintomas costumam ser fissuras no concreto paralelas às armaduras,
fragmentação e destacamento do cobrimento, lascamento do concreto em estágio
avançados, exposição das armaduras corroídas, em forma de “crostas de ferrugem”,
36
comprometimento da aderência entre concreto e aço e manchas na superfície do
concreto.
Com a análise visual é possível identificar a natureza do ataque. Se a armadura
apresenta pites de corrosão, o ataque geralmente é de cloretos, quando há
carbonatação a corrosão se dá de forma mais generalizada.
Altos níveis de corrosão também levam a estrutura a sofrer grandes deformações,
causando assim fissuras típicas de sobrecarga e até a fissuração da alvenaria por
transferência de esforços pelas deformações.
¾ Análise da carbonatação do concreto
A carbonatação geralmente é medida através do emprego de indicadores de
fenolftaleína ou a timolftaleína, borrifados em perfis do concreto de cobrimento.
Esses indicadores são substâncias químicas, que em contato com a solução alcalina
do concreto, rica em hidróxido de cálcio, adquirem colorações típicas a partir de um
pH da solução. A fnolftaleína adquire coloração vermelha a partir do pH 9,5 e a
timolftaleína a partir de 10,5.
Abaixo desses pHs, o concreto tende a não sofrer alteração quando adicionado o
indicador. Temos então, com a linha divisória entre o concreto colorido e o incolor,
uma noção do avanço da carbonatação para o interior do concreto.
Em termos práticos, quando o concreto, após o borrifamento do indicador,
permanece com sua coloração normal, temos o concreto carbonatado.
¾ Avaliação do teor de cloretos
Pode ser determinado através de métodos potenciométricos ou gravimétricos. Os
potenciométricos utilizam eletrodos para se determinar o ponto de equivalência, os
gravimétricos, adicionam íons de prata à solução e é determinado a massa do
cloreto de prata precipitado.
37
Uma das melhores formas de obter uma amostra para análise de cloretos é a
extração de pó de concreto por furadeira, que permite, inclusive o estudo de
camadas mais profundas, sem ter-se que cortar o concreto.
Os teores de cloretos livres geralmente são expressos em porcentagem relativa a
massa de cimento.
5.4.1.2 Avaliação qualitativa e quantitativa da corrosão
A avaliação propriamente dita, da corrosão, deve ser feita através de técnicas
eletroquímicas, visto que o fenômeno é eletroquímico. As técnicas são potenciais de
corrosão, resistência de polarização e resistividade do concreto.
5.5
Técnicas eletroquímicas para monitoramento, avaliação e estudo da
corrosão em armaduras de concreto
Segundo BASTOS (2005),
Medir a perda de material metálico ou do efeito da corrosão quando este é
submetido a um ambiente corrosivo pode ser feita de diversas maneiras.
Simplesmente pela técnica da observação visual, pela contagem do número
de pites ou pela proporção entre a área corroída e não corroída; pela
técnica de perda gravimétrica, diferença de massa do metal corroído após a
sua exposição ao ambiente corrosivo e o metal antes da exposição; ou mais
recentemente pelas técnicas eletroquímicas.
5.5.1 Técnica da resistência de polarização
“A resistência de polarização (Rp) representa a inércia que um sistema possui em
desenvolver um processo eletroquímico de corrosão, ou seja, um processo de
38
transferência de carga elétrica no metal, frente uma polarização imposta”
(CASCUDO, 1997). Esse sistema é formado pelo aço, eletrólito e concreto. Dessa
forma, quanto maior a Rp, menores serão as velocidades da corrosão.
Esta técnica é um elemento essencial para análise de estruturas de concreto
armado que possam estar com processo corrosivo, porque se pode avaliar o estado
da armadura (passivação/ despassivação) e a velocidade de corrosão. Com a
vantagem de se obter esses dados sem a destruição da estrutura.
O ponto de partida dessa técnica está embasado na observação do comportamento
aproximadamente linear do potencial em função do logaritmo da corrente de
corrosão, em torno do potencial de corrosão, durante a aplicação de um sinal
elétrico de pequena amplitude, uniformemente distribuído a uma barra metálica em
meio eletrolítico (BASTOS, 2005).
A resistência de polarização é obtida pelo quociente entre a variação do potencial
(∆E) e da intensidade de corrosão (∆I):
⎛ ΔE ⎞
Rp = ⎜
⎟
⎝ ΔI ⎠
(1)
O valor da Rp foi correlacionada com a intensidade de corrosão (Icorr) com uma
constante de proporcionalidade (B) por Stern & Geary. “Em termos intuitivos, quanto
maior for a inércia do sistema, metal/ eletrólito (a resistência de polarização), à
polarização imposta, menor será a quantidade de metal transformada em íon
metálico (a intensidade de corrosão)” (BASTOS, 2005).
Icorr =
B
Rp
(2)
39
“Stern & Geary coletaram valores de B para numerosos sistemas metal/ eletrólito,
mostrando que B depende das constantes de Tafel3 das curvas de polarização e por
isso varia de 13 a 52 mV para a maior parte dos sistemas analisados” (BASTOS,
2005).
B=
βa ⋅ βc
2,303 ⋅ (βa + βc )
(3)
βa= constante de Tafel anódica
βc= constante de Tafel catódica
As curvas de Tafel, no caso em questão, são experiências realizadas
exclusivamente para a determinação de B (e como conseqüência βa e βc), tendo
para tal o sistema de ser sujeito a polarizações elevadas, da ordem de +ou- 250 mV,
nem sempre desejáveis porque pertubam o sistema em caráter definitivo
(CASCUDO, 1997).
Como esse método altera as características eletroquímicas da corrosão do sistema,
não pode ser utilizado “in situ” juntamente com a resistência de polarização, pois seu
valor seria distorcido.
Na sequência, a figura 5.7 mostra uma curva de Tafel ideal. As declividades dos
trechos retilíneos anódico e catódico dão as constantes de Tafel, e a interseção do
prolongamento dos trechos retilíneos fornece Ecorr (nas ordenadas) e Icorr (nas
abscissas).
“Portanto, tendo-se Icorr e dividindo esta corrente pela área inicialmente polarizada,
tem-se a taxa ou velocidade de corrosão, dada pela densidade de corrente de
corrosão (icorr)” (CASCUDO, 1997).
3
As constantes de Tafel, ..., podem ser determinadas: experimentalmente – por métodos gráficos,
matemáticos e computacionais; ou podem ser retirados da literatura para o sistema em questão. A
obtenção experimental é feita através de métodos eletroquímicos independentes, como por exemplo,
pelo método das curvas de Tafel (CASCUDO, 1997).
40
Figura 5.7 – Curva de Tafel ideal (CASCUDO, 1997).
Na polarização potenciostática aplica-se um potencial diferente do potencial de
corrosão (sobretensão) e observa-se o caimento da corrente após determinado
tempo. Já na polarização potenciodinâmica, varre-se o potencial para a
determinação da corrente. Na seqüência são mostrados os procedimentos para as
duas técnicas.
Os principais aspectos para serem considerados na aplicação dessa técnica são:
¾ a necessidade de se compensar a queda ôhmica entre o eletrodo de trabalho e o
de referência;
¾ a condição de linearidade;
¾ a obtenção de valores estacionários.
“Com potenciostatos e galvanostatos modernos tem-se a opção de eliminar o efeito
indesejável da queda ôhmica. A negligenciação da compensação da queda IR em
concreto leva a baixos valores de Icorr (BASTOS, 2005).
¾ Polarização potenciostática
41
Para esse processo, é necessário que o sistema aço/ concreto atinja seu estado
estacionário após a aplicação da sobretensão, ou seja, o sistema necessita de um
tempo para reagir à essa polarização, podendo-se medir então o ∆I estacionário, a
fim de se calcular Rp (resistência de polarização).
Outro cuidado, além de se esperar o tempo para se alcançar o estado estacionário,
principalmente para baixas velocidades de corrosão, está relacionada com
perturbações do eletrodo durante a medida. Em um sistema de corrosão controlado
por ativação, não existe esse problema, porém, sistemas como o concreto armado,
controlados por difusão (camada difusa de oxigênio é controladora do processo
corrosivo), possui essa característica de alteração do eletrodo. Isso acontece por
causa do acúmulo de íons na camada de solução muito próxima ao eletrodo que se
modificam com o passar do tempo. Dessa forma, a fim de evitar mudanças no
processo corrosivo (aço/ concreto) a polarização deve ser realizada o quanto antes.
Com relação ao período de ensaio, este deve ser longo o suficiente para se chegar
ao ∆I estacionário e curto para não se alterar o estado dos eletrodos.
De acordo com HLADKY (1997) apud CASCUDO (1997), apresenta uma caso
oriundo de suas experiências práticas, em que eles obtiveram resultados
suficientemente satisfatórios, aplicando uma polarização potenciostática anódica de
20 mV por um tempo variando de 1 a 2 minutos.
Conforme GONZÁLES (1197) apud CASCUDO (1997),
chegaram a resultados nos quais o tempo de 30 segundos numa
polarização potenciostática de ± 10 mV ao redor de Ecorr gerou taxas de
corrosão muito confiáveis, em se tratando de armaduras embebidas em
concreto; isto com base na satisfatória concordância dessas taxas de
corrosão obtidas por perda de massa das armaduras (obtidas
gravimetricamente). A exceção se verificou para um concreto muito seco,
onde a taxa de corrosão é praticamente nula.
¾ Polarização potenciodinâmica
As fontes de erro da polarização potenciostática são válidas para a polarização
potenciodinâmica, pois utilizam a mesma constante de tempo. Sendo assim,
velocidades de varredura muito altas tendem a subestimar o valor de Rp, conforme
Figura 5.8, que mostra a evolução do Rp aparente dos circuitos A e B, cujas
42
características estão indicadas no ângulo superior direito, em função da velocidade
de polarização (velocidade de varredura).
Figura 5.8 – Evolução do Rp aparente dos circuitos A e B (CASCUDO, 1997).
Já com velocidades excessivamente baixas, o valor de Rp tende a ser
superestimado, resultando numa variação como a representada na Figura 5.9, que
mostra a variação de Rp e Icorr com a velocidade de polarização para as barras de
aço embebidas em argamassa, sem Cl-, mantidas em atmosfera de UR = 100%
(umidade relativa).
As velocidades de polarização mais corretas seriam aquelas intermediárias para as
quais se tem quase uma estabilização de Rp.
43
Figura 5.9 – Variação de Rp e Icorr (CASCUDO, 1997).
¾ Polarização Galvanostáticos
Neste procedimento,
aplica-se uma corrente adicional (anódica ou catódica, em função do tipo de
polarização) em relação à corrente de corrosão, ou seja, aplica-se ∆I em
relação a Icorr presente no sistema e observa-se a mudança no potencial
(∆E) em torno do Ecorr, a fim de que se possa determinar Rp (Rp= ∆E/∆I)
(CASCUDO, 1997).
O grande inconveniente da polarização galvanostática é o elevado tempo para
atingir o estado estacionário. Com isto, as medidas de Rp podem se tornar
extremamente demoradas. O tempo depende da capacitânca da dupla camada
elétrica (C) e da resistência de polarização (Rp).
τ = C ⋅ Rp
(4)
Dessa forma, se a medida é realizada em metais com baixas taxas de corrosão
(passivados), isto é, com altos valores de C e Rp, podem ser necessárias horas para
se
atingir
o
estado
estacionário.
Enquanto
nos
potenciodinamicamente, são necessários alguns minutos.
potenciostaticamente
ou
44
Se a polarização galvanostática tem o inconveniente da demora para obtenção do
valor, uma vantagem é a eficácia do resultado para minimizar os efeitos que a queda
ôhmica causa nas medições de Rp.
5.5.1.1 A interferência da queda ôhmica na determinação de Rp
Segundo CASCUDO (1997),
Comparando-se a resistência ou resistividade elétrica do meio, em um
sistema aquoso atípico como é o caso do aço-concreto, em relação a um
sistema típico como é o caso de um metal embebido em uma solução
qualquer, tem-se que a primeira situação apresenta valores de resistividade
substancialmente superiores à segunda. Posto isto e sabendo que a
resistividade característica do concreto aumenta com a idade (em função da
hidratação do cimento) e com as baixas umidades ambientais, a queda
ôhmica entre o eletrodo de trabalho (armadura) e um eletrodo de referência
pode ser definido pelo produto IR, onde I é a corrente que passa pelos
eletrodos e R a resistência do meio, no caso em questão, a resistência da
camada de concreto entre os citados eletrodos. Obviamente que a
qualidade do concreto tem um papel importante também porque concretos
de baixa relação água/ cimento (da ordem de 0,4) têm resistividades
significativamente superiores a concretos de alta relação água/ cimento (da
ordem de 0,7).
Por isso é importante se compensar a queda ôhmica, para se obter valores
verdadeiros, não superestimados.
Esta compensação pode ser feita eletronicamente, através de potenciostatos, onde
a
leitura
é
realizada
imediatamente
após
a
interrupção
da
corrente
(aproximadamente 75 ms), tempo suficiente para zerar a queda ôhmica, mas não
para permitir uma queda significativa do potencial de polarização ou também, a
utilização de sinais de alta frequência em corrente alternada (CA). Ou pode ser
compensado matematicamente, através de ensaios realizados em separado
levando-se em conta a resistividade do concreto e a intensidade das correntes
medidas.
Uma outra forma de minimizar os efeitos da queda IR, é a aproximação do eletrodo
de trabalho (concreto) ao de referência. Isto pode ser feito com a instalação de um
tubo de vidro contendo o eletrodo de referência, dentro do concreto. Isso
45
praticamente anula a queda ôhmica. O inconveniente é que só pode ser realizado
em laboratórios, visto a necessidade da inserção do tubo de vidro.
5.5.1.2 Aplicação da técnica
Um potenciostato ou galvanostato é aplicado a um sistema de três eletrodos (de
trabalho, auxiliar e de referência), conforme será visto na seqüência. Ainda pode ser
usado um computador para controlar os equipamentos, analisando os dados e
calculando os parâmetros de Tafel, Rp, Icorr e a taxa de corrosão (icorr).
5.5.1.2.1 Procedimentos de aplicação
¾ Sistemas convencionais
As duas formas mais comuns são sistemas de dois ou três eletrodos. O sistema de
dois eletrodos utiliza sondas (eletrodos de testes) no interior do concreto e não
possui potenciostato. A polarização é feita por uma fonte de corrente contínua em
um dos eletrodos que atuará como eletrodo de trabalho, enquanto o outro, atua
como contra-eletrodo. As leituras de potencial (∆E) e corrente (∆I) são lidas por um
voltímetro e um amperímetro respectivamente. O de 3 eletrodos é a mais
empregada. A polarização é exercida pelo potenciostato, com uma variação anódica
ou catódica no eletrodo de trabalho. Isto ocorre pela ação do contra eletrodo,
geralmente de platina, que emite uma corrente iônica em direção da armadura,
polarizando-a anódina ou catodicamente. Apenas a região imediatamente abaixo do
contra-eletrodo é polarizada, ficando limitado às dimensões deste. Geralmente o
contra-eletrodo é circular, e com um furo no centro, onde é colocado um eletrodo de
referência na superfície do concreto (Figura 5.10).
46
Figura 5.10 – Sistema para medida de resistência de polarização (CASCUDO, 1997)
¾ Sistemas alternativos
A principal dificuldade na utilização da resistência de polarização “in situ”, em
estruturas de concreto armado, é que somente a armadura próxima ao contraeletrodo é polarizada, não sendo possível se polarizar toda a área armada, visto as
pequenas dimensões do contra-eletrodo. Na prática, o contra-eletrodo emite um
sinal elétrico, que vai diminuindo na medida em que se afasta, ocasionando uma
distribuição não uniforme do sinal (Figura 5.11), o que não é satisfatório para a
obtebção do verdadeiro valor de Rp.
Figura 5.11 – Distribuição não uniforme do sinal elétrico pelo CE sobre a armadura – área
polarizada indefinida (CASCUDO, 1997).
Foi então criado um dispositivo, chamado anel de guarda ou anel de confinamento,
que é um contra-eletrodo em formato circular, usado para restringir a área a ser
polarizada.
47
Conforme FELIU (1997) apud CASCUDO (1997),
afirmam, que a aplicação desta técnica em armaduras passivas, isto é, em
armaduras com altos valores de Rp, pode gerar determinações de Rb bem
abaixo de seus valores verdadeiros; sendo válida portanto a seguinte
afirmativa: quanto mais alto o valor de Rp, menos possibilidade há de
confinar o sinal elétrico abaixo do CE central.
“O anel de confinamento é incapaz de confinar perfeitamente o sinal elétrico,
principalmente em se tratando de armaduras passivas” (CASCUDO, 1997).
Uma outra possibilidade apresentada para se limitar o sinal elétrico, é muito parecida
com o anel de confinamento, mas com algumas diferenças: a polarização é
galvanostática, através de correntes contínuas; existe um par de eletrodos de
referência (sensores), juntamente com um milivoltímetro, (necessário para precisar a
extensão do sinal ao longo da armadura), ou seja, existe um comprimento (L) e um
diâmetro (D) da área circular da estrutura, definidos pelos sensores que são
afetados pelas linhas de corrente do CE central. O L e o D da região polarizada
mostram-se confinados a um comprimento crítico da barra, que é função da
resistência de polarização verdadeira, resistividade do concreto e de parâmetros
geométricos e não existe o problema de medição de armaduras passivadas embora
ainda haja a dificuldade do tempo para a obtenção do valor estacionário,
característico de processos galvanostáticos, como já mostrado.
5.5.1.2.2 Informações obtidas
O que se obtém através da técnica de polarização é a taxa de corrosão (icorr),
utilizando o valor de Rp determinado. Esta taxa é conhecida como a taxa estimada
eletroquimicamente.
48
5.5.1.3 Critério de avaliação
Considerando que a informação básica que a técnica de resistência de polarização
fornece é a velocidade de corrosão da armadura, na Tabela 5.1, é apresentado um
critério para avaliação.
Tabela 5.1– Critério para avaliação da corrosão pela velocidade obtida pelos métodos de
resistência de polarização
TAXA DE
GRAU DE CORROSÃO
CORROSÃO
μA/cm²
μm/ano
Desprezível
0,1 a 0,2
1,1 a 2,2
Início de corrosão ativa
>0,2
>2,2
Ataque importante mais não severo
~1,0
~11,0
Ataque muito importante
>10,0
>110,0
Fonte: Alonso, 1990 apud CASCUDO, 1997
5.5.2 Técnica de potenciais de corrosão
Potencial de um eletrodo é a diferença de potencial que ocorre entre um
determinado metal e um meio aquoso, resultante de um estado estacionário.
5.5.2.1 Histórico
Vários estados americanos estabeleceram uma política de desbloqueio de rodovias
empregando sal como agente de degelo em meados de 70.
49
“O aumento da quantidade de severas deteriorações nos tabuleiros das pontes, nos
Estados Unidos, alarmou a State Highway Agencies (Agência Estadual de Rodovias)
e afetou seriamente a segurança dos usuários” (U.S. DEPARTMENT, 2000), dessa
forma, foram aceleradas as pesquisas para determinar as causas da deterioração do
concreto e desenvolver novas técnicas de detecção e reparo da corrosão do
concreto.
De acordo com CASCUDO (1992),
a técnica de potenciais passou a ter uma aplicação mais maciça em
estruturas reais de concreto, notadamente através do “mapeamento de
potenciais”, o que possibilita a identificação de zonas comprometidas, ou
seja, de zonas que apresentem grande risco de estarem com processo ativo
de corrosão (embora ainda sem sintomatologia).
5.5.2.2 Princípio da técnica
A técnica consiste na medida dos potenciais dos eletrodos em corpos de prova ou
nas estruturas de concreto armado e seu registro. Para isso é necessário um
eletrodo de referência em relação ao qual os potencias são tomados. O valor desses
potenciais indica o risco de corrosão.
Normalmente, o que se tem é o registro, em determinados locais da estrutura, de
uma diferença de potencial verificada entre duas semi-células: a semi-célula aço/
concreto (eletrólito) e a semi-célula estável que é o eletrodo de referência. Quando
da aplicação do dispositivo, forma-se uma pilha eletroquimicamente constituída
pelas duas semi-células.
Conforme CASCUDO (1997),
pode-se dizer, a grosso modo que o eletrodo de referência exerce o papel
de detectar a presença das linhas de corrente que se verificam quando há
um processo eletroquímico de corrosão nas armaduras. Sendo assim, nos
locais por onde passam essas linhas de corrente (entre as regiões anódicas
e catódicas) os potenciais de corrosão registrados pelo milivoltímetro
tendem a ser mais eletronegativos do que nos locais passivados, sem
corrosão. Esses locais com características de maior eletronegatividade
indicam, portanto, a presença de zonas ativas de corrosão nas barras.
50
“O método de medida do potencial de eletrodo com a meia-célula de cobre-sulfato
de cobre foi normalizado pela ASTM (ASTM C 876/91 R-99-04) e é uma técnica não
destrutiva adequada para avaliação da probabilidade4 de corrosão” (BASTOS,
2005).
5.5.2.3 Fatores intervenientes nas medidas de potencial
Na seqüência, alguns dos principais fatores que podem influenciar as medidas de
potencial.
5.5.2.3.1 Camadas superficiais de concreto de alta resistividade
A resistividade do concreto está diretamente ligada ao seu teor de umidade. Assim,
se o concreto estiver extremamente seco, ou seja, altamente resistivo, pode afetar
as medidas de potencial, porque a corrente elétrica tende a evitar materiais
resistivos, fazendo com que o eletrodo de referência não a detecte. Isso causa
valores de potenciais mais positivos (ou menos negativos) em regiões que estejam
efetivamente sofrendo corrosão, conforme figura 5.12.
Outra situação semelhante é quando a camada de carbonatação atinge uma
profundidade significativa, podendo criar uma camada superficial de alta
resistividade. Como a carbonatação ocorre de fora para dentro, a situação é similar
à figura 5.12.
A magnitude desta distorção causada por camadas superficiais altamente resistivas
depende da espessura dessas camadas.
4
Probabilidade, pois, na avaliação da corrosão pelo estado termodinâmico não se pode afirmar nada
sobre a velocidade com que está ocorrendo a corrosão, visto que essa pode ser tão baixa que em
termos práticos é nula (BASTOS, 2005).
51
Figura 5.12 – Camada superficial de concreto altamente resistivo (CASCUDO, 1997)
5.5.2.3.2 Qualidade do concreto e espessura do cobrimento
Conforme CASCUDO (1997),
Na realidade os potenciais de eletrodo medidos nas superfície do concreto
são potenciais “mistos”, isto é, os potenciais medidos nas áreas anódicas
são afetados pelas áreas catódicas. Esses potenciais “mistos” são menos
negativos que o potencial verdadeiro imediatamente adjacente à armadura
corroendo (Figura 5.13).
Figura 5.13 – Medida de potencial afetada pelo cobrimento do concreto (CASCUDO, 1997)
52
O erro na medida será tão mais acentuado quanto melhor for a qualidade do
concreto, isto é, menor o fator água/ cimento. Concretos com essa relação mais
baixa são mais compactos, de alta resistividade e sendo menos porosos, possuem
menos eletrólito, dificultando o caminhamento iônico até a superfície do concreto
(onde está o eletrodo de referência). Isso não permite o registro do potencial do
eletrodo, na superfície do concreto, por algum processo corrosivo.
Com o aumento do cobrimento, os valores do potencial na superfície do concreto
vão se tornando próximos, independente da existência de um processo ativo de
corrosão. Sendo assim, a identificação de pequenas áreas de corrosão torna-se
extremamente difícil.
5.5.2.3.3 Frentes de carbonatação e cloretos
Conforme visto no subitem 5.5.2.3.1, o efeito da carbonatação é o de produzir
leituras de potencial com valores menos negativos do que os esperados.
Com os cloretos, a situação é inversa.
Quando eles penetram no concreto, oriundos do meio externo, mas não tem
ainda atingido a armadura, uma distorção no potencial pode-se verificar
devida a concentração (atividade) variável desses cloretos no eletrólito
presente nos poros do concreto. Assim, como a solução de maior
concentração está mais próxima da superfície, isto tende a tornar os
potenciais mais negativos do que seus valores reais (CASCUDO, 1997).
5.5.2.3.4 Teor de umidade do concreto
Além da umidade interferir na resistividade do concreto, zonas secas e úmidas em
uma mesma estrutura podem produzir diferenças de potencial não associadas a um
maior risco de corrosão, mas sim a um teor de umidade diferente em contato com a
53
armadura. Dessa forma, antes das medidas serem realizadas, podem ser feito um
pré-umedecimento do concreto. Quando não for possível, é preciso cuidadosamente
levar em conta a umidade na interpretação dos resultados.
Deve-se realizar um pré-umedecimento do concreto onde serão tomadas as
medidas. Segundo ANDRADE Y PERDRIX (1992),
quando a umidade ambiental é elevada ou choveu recentemente ou ainda
está chovendo, esta operação não é necessária... Devido a elevada
higroscopicidade dos cloretos, o concreto contaminado com esta substância
costuma estar mais úmido do que estaria normalmente por umidade
ambiental.
5.5.2.3.5 Correntes de fuga
“É preciso dar importância a questão do papel de eventuais correntes de fuga
presentes em estruturas, tais como as localizadas próximas a rede ferroviária, na
modificação, de forma significativa, dos habituas potenciais encontrados no
concreto” (CASCUDO, 1997).
5.5.2.4 Apresentação dos resultados
A forma mais freqüente de apresentação dos resultados de um levantamento
potencial eletroquímico é a construção de linhas equipotenciais sobre a estrutura de
concreto armado, formando um mapeamento de potenciais.
Um cuidado especial é se quadricular a estrutura de forma a se realizar medidas
eqüidistantes
54
Na figura 5.14, tem-se um exemplo de um mapa de potenciais: as áreas escuras
representam as áreas ativas com alta probabilidade de corrosão e lascamento do
concreto e as claras representam baixa probabilidade de corrosão.
Além do mapeamento pode ser feito um diagrama de freqüência acumulada.
Consiste em se registrar em um gráfico todos os potenciais medidos em um
determinado elemento estrutural em função da freqüência acumulada, utilizando um
“papel de probabilidade”.
Figura 5.14 – Mapas de potenciais (CASCUDO, 1997)
5.5.2.5 Critérios de avaliação
Os valores de potencial podem ser associados à probabilidade de corrosão segundo
os critérios propostos pela ASTM-876 (Tabela. 5.2).
55
Tabela 5.2 – Avaliação dos resultados obtidos mediante a técnica de medida de potenciais de
eletrodo.
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
Fonte: ASTM C-876 apud CASCUDO (1997)
“Devido às divergências do critério apresentado pela ASTM e suas limitações os
pesquisadores estão buscando outros critérios para avaliação da corrosão pelo
potencial de eletrodo” (BASTOS, 2005).
Uma outra proposta, mais abrangente para avaliação da corrosão de armaduras em
campo é a proposta na tabela 5.3.
Apesar de esse ser um bom critério para avaliação da corrosão pelo potencial,
conforme RODRIGUEZ et al apud BASTOS (2005),
ressaltam que não é possível estabelecer de forma genérica uma faixa
aplicável a qualquer tipo de estruturas de concreto e em qualquer situação,
pois o potencial de corrosão, além de ser afetado pelo teor de umidade e de
oxigênio, é também influenciado pela espessura de cobrimento e a
presença de fissuras em cada estrutura particular.
Tabela 5.3 – Risco de dano da corrosão e em função do potecial e das condições do concreto e
do meio-ambiente
Condição
Potencial (Ecorr)
(mV, Cu/CuSO4)
Observações
Risco de dano
Ausência de ClEstado passivo
+200 a –200
PH>12,5; H2O
Desprezível
(UR elevado)
Corrosão localizada
-200 a –600
Cl-, O2, H2O
(UR elevado)
Alto
Carbonatado
Corrosão uniforme
+200 a –150
O2, H2O
(UR baixa)
Baixo
56
Condição
Potencial (Ecorr)
(mV, Cu/CuSO4)
Observações
Risco de dano
Carbonatado
Corrosão uniforme
-150 a –600
O2, H2O
Moderado-alto
(UR elevado)
Cl- elevado, H2O,
Corrosão uniforme
-400 a –600
ou carbonatado
Alto
H2O, (UR elevado)
Corrosão uniforme
elevado Cl-, elevado
<-600
H2O, sem O2
Desprezível
Fonte: Rinón et al (1998) apud BASTOS (2005)
Provavelmente, esta tabela foi feita com base no Diagrama de Pourbaix (figura 5.3,
capítulo 5.2.1), devido à probabilidade de corrosão desprezível na medida de
potenciais mais negativos que –600 mV.
5.5.3 Técnica da resistência elétrica
Trata-se de uma metodologia desenvolvida com base na alteração da resistência
elétrica de um metal em função da redução da sua seção transversal, representada
pela fórmula:
R = ρ×
l E
=
A i
R= resistência elétrica, em Ω
ρ= resistividade elétrica, em Ωm
l= comprimento, em m
A= área da seção transversal, em m2
E= diferença de potencial, em V
i= corrente elétrica, em A
(5)
57
Conforme HELENE (1993),
Portanto à medida que a barra vai corroendo-se e tornando-se mais fina a
resistência elétrica aumenta. Duas são as maiores dificuldades desta
técnica. A primeira relativa à homogeneidade da corrosão; é preciso que a
corrosão se manifeste de maneira uniforme para assegurar uma alteração
proporcional da resistência. A segunda diz respeito à magnitude da
variação, sendo difícil monitorar diretamente uma variação pequena de
resistência,
A avaliação da taxa de corrosão é feito a partir de sondas inseridas próximas às
armaduras. A armadura não é monitorada diretamente mas seu estado e taxa de
corrosão é inferido através da resposta da sonda (HELENE, 1993).
Essas sondas são peças metálicas do mesmo material que compõem a armadura do
concreto e podem se apresentar sob a forma cilíndrica (fios) ou chapas.
Na figura 5.15, um circuito básico para a técnica de medida da resistência elétrica.
Figura 5.15 – Circuito básico para a técnica de medida de resistência elétrica de uma sonda
embutida no concreto (CASCUDO, 1997)
58
5.5.3.1 Procedimentos de aplicação
A sonda fornecerá taxas de corrosão confiáveis à medida que ela se comporte como
a parte da armadura que deverá ser monitorada. Os principais cuidados são:
¾ O material da sonda deve ser o mesmo da armadura;
¾ A sonda deve ser colocada o mais próximo possível da armadura;
¾ O concreto que envolve a sonda deve ser o mesmo que envolve a armadura;
¾ A sonda deve ser conectada eletricamente à armadura.
A figura 5.16 ilustra a aplicação de uma sonda de resistência elétrica.
Figura 5.16 – Instalação de sonda de resistência elétrica embutido em concreto (CASCUDO,
1997)
As sondas devem ser colocadas em posição onde a corrosão seja mais severa, de
acordo com a agressividade ambiental, ou seja, maior vulnerabilidade de corrosão.
Além disso, um número suficiente de sondas deve ser distribuído em vários locais da
estrutura, a fim de que uma amostragem adequada das diferentes condições possa
ser realizada.
59
6 ESTUDO DE CASO – CAIS TERMAG
Este estudo faz a apresentação de um caso no Porto de São Vicente.
6.1
Descrição do local
Trata-se de píeres para atracação de navios carregados com fertilizantes. Foram
construídos no período de 1955 a 1957, constituído por 1458 estacas em concreto
armado de seção retangular que sustentam uma estrutura de lajes maciças
posicionadas acima do nível de variação da maré, conforme figura 6.1 e 6.2.
A estrutura tem 567 m de comprimento, com plataformas de trabalho separadas de
124 m cada uma e 14 m de largura, ficando isolada do continente, com a ligação
realizada através de 2 pontes de acesso com 45 m de comprimento e 7,8 m de
largura cada uma.
Essa estrutura foi avaliada pela empresa EXATA em 2005, que propôs medidas de
restauração para toda a área.
Como é percebido nos itens seguintes, existia uma plataforma original, que foi
ampliada, por isso alguns ensaios mencionam área original e área ampliada. E por
terem sido executadas em momentos diferentes, as duas são avaliadas
separadamente.
Neste estudo focou-se a análise das estacas de uma das plataformas de trabalho
que é utilizada para o descarregamento de fertilizantes. Entre outros elementos são
manipulados compostos de enxofre.
60
Figura 6.1 – Vista geral do cais
Figura 6.2 – Vista das estacas
6.2
Introdução
Inicialmente são indicados os principais danos observados nas estacas.
61
Posteriormente são apresentados resultados de ensaios de caracterização do
concreto, obtidos através de inspeções da parte aérea e submersa, dragagem de
solo na base das estacas, retirada de amostras para análise em laboratório e
ensaios “in loco”.
Finalmente, são apresentados os resultados de ensaios de potenciais de corrosão
obtidos em 2005 pela empresa Exata, para avaliação da estrutura. E após a
recuperação de algumas estacas, este ensaio de Potencial de Corrosão, foi refeito
em 30 de agosto de 2006 e comparado com os resultados anteriores.
6.3
Danos encontrados nas estacas
Os principais danos encontrados foram:
¾ estacas com elevada perda de seção (figura 6.3, 6.4);
Figura 6.3 - Estaca próxima a junta de dilatação (EXATA, 2005)
62
Figura 6.4 – Estacas de periferia (EXATA, 2005)
¾ estacas com ruptura junto a laje (figura 6.5);
Figura 6.5 –Estaca com ruptura junto a laje (EXATA, 2005)
¾ estacas com ruptura abaixo do nível d’água (figura 6.6);
63
Figura 6.6 – Estacas com ruptura abaixo do nível d´água (EXATA, 2005)
¾ exposição de armaduras em áreas de variação de maré (figura 6.7).
Figura 6.7 – Exposição de armaduras nas estacas (EXATA, 2005)
Os danos encontrados são gravíssimos chegando a situações críticas como a perda
total da seção do concreto, flambagem da armadura principal, exposição e corrosão
avançada das armaduras. Esses danos são graves pois comprometem em parte ou
totalmente a capacidade de carga dessas estacas.
64
6.4
Ensaios para caracterização da estrutura
Na seqüência, são apresentados alguns resultados de ensaios que não são
eletroquímicos, mas que auxiliam na avaliação geral da estrutura e dos resultados
dos ensaios eletroquímicos.
6.4.1 Análise visual
No ANEXO A constam desenhos que demonstram os danos verificados visualmente
por meio de inspeções sub-aquáticas das estacas que são estudadas neste caso.
Estes desenhos detalham a situação das estacas: tamanho e espessura de fissuras,
exposição de armaduras, perda de concreto e qualquer outro dano que possa ser
visualmente detectado.
6.4.2 Resistência à compressão
Conforme tabela 6.1 as resistências encontradas:
Tabela 6.1 – Resistência à compressão
LOCALIZAÇÃO
Médias
Fonte: EXATA, 2005
CONCRETO
ELEMENTO
RESISTÊNCIA (MPa)
Original
Estacas
39,8
Ampliação
Estacas
30,8
65
Não foi possível conhecer a resistência usada no projeto, mas se compararmos com
a norma vigente NBR 6118/ 2003, para um ambiente de agressividade muito forte
(Classe IV), a resistência do concreto à compressão deveria ser no mínimo 40 Mpa.
Através destes resultados é percebido que foi usado uma resistência à compressão
abaixo da necessária, para garantir as condições de estabilidade e segurança desta
estrutura, tomando-se como base os conhecimentos atuais.
6.4.3 Absorção de água por imersão
Este ensaio determina os índices de vazios após saturação e fervura, de acordo com
a NBR 9778. Sabendo-se o índice de vazios, pode-se avaliar a qualidade do
concreto.
Segundo DURAR/CYTED, 1997, os valores de referência são:
¾ <10% - concreto de boa qualidade e compacidade;
¾ 10 a 15% - concreto de qualidade moderada;
¾ >15% - concreto de durabilidade duvidosa.
Na Tabela 6.2, os valores obtidos:
Tabela 6.2 – Absorção de água por imersão
LOCALIZAÇÃO
Médias
CONCRETO ELEMENTO
ÍNDICE DE VAZIO APÓS
SATURAÇÃO E FERVURA (%)
Original
Estacas
13,9
Ampliação
Estacas
13,8
Fonte: EXATA, 2005
Esta estrutura pode ser considerada com concreto de qualidade moderada.
66
6.4.4 Absorção de água por capilaridade
Este ensaio consiste em se deixar um corpo de prova de concreto com sua base em
contato com uma lâmina de água. Após 72 horas o corpo de prova é rompido
diametralmente sendo medida a altura de ascensão alcançada no interior. Foi
realizado de acordo com a NBR 9779.
Com o tempo e a altura pode-se calcular a absorção capilar.
Segundo CYTED/ DURAR, para estruturas em ambientes severos e com 3 cm de
cobrimento de armadura o valor limite para a adsorção capilar é de 3 mm/h1/2,
podendo ser aumentado proporcionalmente ao aumento do cobrimento.
Os resultados constam na tabela 6.3.
Tabela 6.3 – Absorção de água por capilaridade
LOCALIZAÇÃO CONCRETO ELEMENTO
Médias
S (mm/h1/2)
Original
Estacas
12,4
Ampliação
Estacas
5,6
Fonte: EXATA, 2005.
Os valores de ascensão capilar obtidos foram elevados e indicam que para oferecer
proteção adequada à armadura com este concreto, seriam necessários cobrimentos
muito maiores do que os encontrados.
6.4.5 Velocidade de propagação de ondas de ultrasom
Este ensaio avalia a compacidade do concreto. O equipamento mede a velocidade
de propagação de ondas ultra-sonicas no concreto. Quanto mais compacto for o
67
material maior é a velocidade de propagação, os valores de referência se encontram
na tabela 6.4:
Tabela 6.4 – Parâmetros para análise do ensaio de ondas de ultrasom
VELOCIDADE DE
QUALIDADE DO
PROPAGAÇÃO (m/s)
CONCRETO
> 4.500
Excelente
3.600 a 4.500
Boa
3.000 a 3.600
Aceitável
2.100 a 3.000
Má
< 2.100
Muito má
Fonte: EXATA, 2005
O posicionamento dos transdutores nas diferentes peças encontra-se representado
na figura 6.10.
Figura 6.8 – Ensaio de ultra-som (EXATA, 2005)
Os resultados de ultra-som classificam o concreto como de boa qualidade para as
estacas originais.
Os resultados obtidos constam na tabela 6.5:
68
Tabela 6.5 – Ultra-som
LOCALIZAÇÃO CONCRETO ELEMENTO
Médias
VELOCIDADE (m/s)
Original
Estacas
4.561 (Boa qualidade)
Ampliação
Estacas
7.358 (Excelente qualidade)
Fonte: EXATA, 2005.
6.4.6 Dureza superficial do concreto
A dureza superficial é avaliada utilizando-se a NBR 7584. Trata-se de um método
não destrutivo que emprega o esclerômetro de Schimidt, um equipamento baseado
na reflexão de uma massa impulsionada por uma mola.
No caso em questão a medida fornece informações sobre a extensão de danos
provocados por lixiviação superficial do concreto, comum em estruturas sujeitas ao
ataque de água do mar (tabela 6.6).
Tabela 6.6 – Dureza superficial
LOCALIZAÇÃO CONCRETO
Médias
ELEMENTO
ÍNDICE
Original
Estacas
54,7
Ampliação
Estacas
54,4
*Ensaio realizado sem lixamento do concreto.Fonte: EXATA, 2005
As medidas de dureza superficial foram elevadas e não indicam deterioração
superficial dos elementos que não estão sujeitos ao ataque direto dos produtos
manipulados na face superior do pier, mesmo em ensaios realizados em área que
não foram lixadas superficialmente. Essa conclusão, porém, não é válida para as
faces expostas aos produtos agressivos que escorrem da face superior do píer e nos
quais houve uma grande deterioração (EXATA, 2005).
69
6.4.7 Cobrimento das armaduras
Conforme a NBR 6118/03, vigente na execução deste trabalho, para um ambiente
classe IV (agressividade muito forte) o cobrimento de armaduras deveria ser de no
mínimo 4 cm.
A Tabela 6.7 apresenta os cobrimentos encontrados.
Tabela 6.7 – Cobrimento de armaduras
LOCALIZAÇÃO CONCRETO ELEMENTO
Médias
Observações
Original
Estacas
4,6
Ampliação
Estacas
4,2
Fonte: EXATA, 2005
Os cobrimentos encontrados estão dentro do mínimo exigido pela norma vigente, o
que mostra que mesmo sendo executadas anteriormente, foi usado um cobrimento
nas estacas, maior do que o mínimo exigido na época da construção.
6.4.8 Perda de seção de concreto das estacas
A tabela 6.8 apresenta as perdas de seção encontradas.
Tabela 6.8 – Perda de seção de concreto das estacas
LOCALIZAÇÃO CONCRETO
Médias
PERDA (%)
Original
11
Ampliação
9
Fonte: EXATA, 2005.
Embora a perda de seção observada pareça pequena considerando os coeficientes
de segurança empregados para as seções de concreto armado a concentração
70
dessa perda em certas regiões faz com que a perda de inércia chegue a até 40% em
relação à original (EXATA, 2005).
A verificação da perda de seção foi realizada nos elementos críticos que são os
localizados nas bordas da estrutura e próximos às juntas, sendo que a maioria das
estacas internas apresenta baixa perda de seção.
6.4.9 Perda de seção das armaduras
A perda de seção das armaduras foi estimada, levantando-se em campo a
geometria aproximada utilizando paquímetro (Figura 6.11). A área da seção
remanescente foi obtida utilizando programas de computação gráfica.
Figura 6.9 – Medida de perda de seção (EXATA, 2005).
O aço utilizado é liso do tipo CA 25, com exceção da estrutura da ampliação, na qual
o aço é corrugado do tipo CA 50.
Nas estacas os estribos são compostos por arames. Na ampliação os estribos são
convencionais compostos por barras corrugadas.
Na Tabela 6.9 as perdas de seções encontradas.
71
Tabela 6.9 – Perda de seção das armaduras
LOCALIZAÇÃO
Médias
AÇO
PERDA (%)
CA 25(Original)
12,5
CA 50 (Ampliação)
12,5
Fonte: EXATA, 2005.
A perda de seção da armadura principal foi elevada, acarretando uma considerável
perda de capacidade resistente das estacas.
6.4.10 Teor de cloretos
Segundo o ACI - Comitee 318 para ambientes com cloretos o teor máximo que pode
ser incorporado ao concreto é de 0,15% em relação à massa de cimento.
Cabe salientar que os valores normativos não tem por que ser os valores reais de
despassivação da armadura, já que tem a sua margem de segurança. Estudos
recentes indicam que teores da ordem de 0,4% em relação à massa de cimento são
suficientes para despassivar o aço no interior do concreto (EXATA, 2005).
A existência de condições específicas das obras pode fazer com que a corrosão se
inicie e seja acelerada pela existência de cloretos, mesmo em teores inferiores aos
de despassivação.
Na figura 6.12, exemplo de amostras de concreto para envio ao laboratório.
Na tabela 6.10 os resultados obtidos.
72
Figura 6.10 – Amostras de concreto (EXATA, 2005).
Tabela 6.10 – Teor de cloretos
LOCALIZAÇÃO CONCRETO
Médias
Médias
Original
Estacas
Ampliação
Profundidade (cm)
TEOR (%)
0,0 a 1,5
2,9
1,5 a 3,0
1,7
3,0 a 4,5
0,5
0,0 a 2,0
2,0
2,0 a 4,0
1,6
4,0 a 6,0
1,2
Fonte: EXATA, 2005.
Os teores de cloretos encontrados indicam elevada contaminação do concreto, com
teores superiores aos limites de despassivação inclusive na profundidade da
armadura.
A diferença de concentração de cloretos em função da profundidade das amostras é
um indício de que a contaminação da estrutura ocorreu por influência do ambiente e
não por incorporação dos cloretos à massa de concreto.
73
6.4.11 Teor de sulfatos
Foi adotado como referência o limite de 3,5% em relação à massa de cimento para
concreto simples armado.
Resultados na tabela 6.11.
Tabela 6.11 – Teor de sulfatos
LOCALIZAÇÃO CONCRETO
Médias
Médias
Original
Ampliação
PROFUNDIDADE (cm)
TEOR (%)
0,0 a 1,5
2,9
1,5 a 3,0
2,2
3,0 a 4,5
2,0
0,0 a 2,0
2,1
2,0 a 4,0
1,5
4,0 a 6,0
1,5
Fonte EXATA, 2005.
Os valores encontrados estão abaixo do valor considerado como limite.
Esse resultado está de acordo com as observações de campo que mostram que não
existe deterioração considerável do concreto nos elementos que não estão em
contato direto com os produtos manipulados no terminal (EXATA, 2005).
6.4.12 Profundidade de carbonatação
Para se detectar a ocorrência do fenômeno, utiliza-se um indicador químico como a
fenolftaleina, por exemplo (Figura 6.13).
74
Figura 6.11 – Ensaio de profundidade de carbonatação (EXATA, 2005)
Em função da idade da estrutura e da profundidade de carbonatação média
encontrada pode-se calcular o coeficiente de carbonatação concreto (k). Existem
faixas empíricas que qualificam o concreto de acordo com esses valores:
¾ k ≤ 3 - Concretos duráveis
¾ 3<k<6
- Concretos normais
¾ k ≥ 6 - Concretos deficientes
Na tabela 6.12 os resultados encontrados.
Tabela 6.12 – Profundidade de carbonatação
LOCALIZAÇÃO CONCRETO
Médias
e (cm)
k (mm/ano1/2)
Original
0,6
0,9
Ampliação
1,1
1,5
Fonte: EXATA, 2005
As medidas realizadas indicaram que a profundidade de carbonatação é muito
baixa, sendo inclusive difícil de ser determinada em alguns casos. Com relação à
carbonatação o concreto nesse ambiente pode ser considerado durável, uma vez
que para que a profundidade atinja a armadura muitos anos ainda seriam
necessários (EXATA, 2005).
75
6.4.13 Umidade relativa do ar e temperatura ambiente e da água
Na tabela 6.13, o risco de corrosão de armaduras em função da umidade relativa do
ar.
Tabela 6.13 – Risco de corrosão de armadura (CEB, 2002)
Umidade
Concreto
Concreto Contaminado
Relativa
Carbonatado
com Cloretos
≤ 45%
insignificante
insignificante
45 a 65%
leve
leve
65 a 85%
alto
alto
85 a 98%
médio
alto
≥ 98%
leve
leve
Fonte: EXATA, 2005.
Na figura 6.14, a medida de temperatura e umidade do ar e na figura 6.15 a medida
de temperatura da água.
Os resultados constam na tabela 6.14.
Figura 6.12 – Medida de temperatura e umidade (EXATA, 2005).
76
Figura 6.13 – Determinação da temperatura da água (EXATA, 2005).
Tabela 6.14 – Umidade e temperatura
LOCALIZAÇÃO
T ambiente (ºC)
T água (ºC)
UR do ar (%)
HORÁRIO
OBSERVAÇÕES
20,4
-
100
9h 30m
-
22,1
21
95
10h 40m
-
24,8
-
81
11h 12m
-
21,2
21
100
10h 30m
dia chuvoso
Plataforma 3
Plataforma 2
Fonte: EXATA, 2005.
Com a umidade relativa do ar medida no local, o risco de corrosão de armaduras
varia de leve a alto. Quanto maior o grau de saturação maior é a dificuldade do
oxigênio em penetrar para o interior do concreto e a velocidade de corrosão é
reduzida mesmo que esteja despassivada a armadura, como é o caso em questão
(EXATA, 2005).
6.4.14 Agressividade da água
Na figura 6.16 a coleta de amostras e na tabela 6.15 os resultados obtidos.
77
Figura 6.14 – Coleta de amostra de água para realização de ensaios em laboratório (EXATA,
2005).
Tabela 6.15 – Característica da água
Resíd
uo
LOCALIZAÇÃO
AMOSTRA
pH
Insolú
vel
-
Cl -
SO42-
(mg/l)
(g/l)
(mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)
124,0
13,30
HCO3
Ca2+
Mg2+
CO2
NH4+
NO3-
(mg/l)
Médias
TERMAG
7,4
28.86
2.100
347
870
4,6
1,3
44
Fonte: EXATA, 2005.
A agressividade da água é (EXATA, 2005):
¾ Agressividade alta com relação ao fenômeno de lixiviação em função da baixa
quantidade de sólidos dissolvidos;
¾ Agressividade nula com relação à carbonatação, troca iônica e lixiviação em
função do pH e concentração de NH3;
¾ A água é classificada como de agressividade muito forte ao concreto quanto à
troca iônica e lixiviação pela elevada quantidade de magnésio existente;
¾ Embora a quantidade de sulfatos seja bastante elevada o fenômeno da
formação de compostos expansivos é secundário em relação à troca iônica
do magnésio;
¾ Quanto à corrosão de armaduras a água é considerada de agressividade
muito forte devido à elevada quantidade de cloretos.
Referências indicam que para o oceano atlântico o teor de cloretos gira em torno de
25 g/l. O fato dos valores encontrados serem muito menores pode ser explicado por
se tratar de um canal que recebe quantidades consideráveis de água doce.
78
Deve-se salientar que a água analisada representa a água do mar que envolve a
estrutura, sendo que a água que escorre pelas laterais e juntas possui agressividade
muito superior.
6.5
Ensaio de Potencial elétrico para avaliação da corrosão -1ª série (2005)
No ANEXO B, consta a planta de fundações para localização das estacas. Na
seqüência os resultados dos ensaios na tabela 6.16.
Tabela 6.16 – Ensaio eletroquímico de potenciais elétricos
Elemento Estrutural:
Nome do Ponto:
Malha (H,V cm):
A
-361
-375
-429
-543
1
2
3
4
E1424
Po1
15/30
B
-397
-420
-461
-556
Elemento Estrutural:
Nome do Ponto:
Malha (H,V cm):
C
-366
-422
-452
-565
A
-547
-533
-547
-587
1
2
3
4
B
-528
-549
-570
-593
1
1
-400--350
2
-450--400
B
4
C
-540--520
-580--560
-550--500
A
-520--500
-560--540
-500--450
3
C
-511
-574
-588
-596
Curvas equipotenciais
Po7
Curvas Equipotenciais
Po1
2
E1086
Po7
15/30
3
-600--550
A
B
4
C
Fonte: EXATA, 2005.
Critério de Avaliação segundo a norma ASTM C 876-91:
¾ -200 mV (probabilidade de corrosão menor que 10%);
¾ Entre –200 e –350 mV (probabilidade de corrosão incerta);
¾ < -350 mv (probabilidade de corrosão maior que 90%).
-600--580
79
Nota-se uma incidência elevada de valores de potencial com probabilidade de
corrosão maior que 90%, coerente com os níveis de contaminação por cloretos
encontrados.
6.6
Ensaio de Potencial elétrico para avaliação da corrosão -2ª série (agosto/
2006)
Foram realizados novos ensaios com objetivo de comparar os resultados obtidos na
avaliação realizada em 2005. Foram selecionadas 4 estacas para serem ensaiadas
após recuperação.
As estacas E1086 e E1424, foram ensaiadas por Potencial Elétrico anteriormente,
receberam tratamento por ânodo de sacrifício5 e encamisamento com concreto e
adição de armadura (detalhe no ANEXO C). Concretadas em 19/08 e 04/07/06
respectivamente.
As estacas E1233 e E1226 não possuem ensaio de potencial anterior, mas foram
encamisadas com concreto, receberam adição de armadura e sem a utilização de
ânodo de sacrífio (detalhe no anexo D). Concretadas em 11/08/06.
Os ensaios foram realizados sob a supervisão do Eng. Antonio Carmona,
engenheiro com vasta experiência em avaliações e reforços estruturais.
5
ÂNODO DE SACRIFÍCIO: “Metal ativo empregado como ânodo em sistemas de proteção
catódica”(DURAR/ CYTED, 1997). Este elemento possue uma maior probabilidade de corrosão, por
ser mais eletronegativo que a armadura do concreto, portanto temos que o uso deste elemento
protege a armadura por ser corroído antes.
80
6.6.1 Procedimentos
Inicialmente, foram observados o clima e a maré para verificar a possibilidade de
acesso às estacas.
Com o auxílio de um barco foi possível chegar às estacas, sob a laje da plataforma,
para a realização do ensaio.
Equipamentos utilizados:
¾ Milivoltímetro de alta impedância;
¾ Eletrodo de referência (Cobre/ sulfato de cobre);
¾ Esponja umedecida com solução de água e detergente;
¾ Conexões elétricas;
As estacas, que estavam restauradas, foram quebradas de forma que ficasse
exposta uma parte da armadura, o suficiente para que possa ser colocado um dos
pólos do milivoltímetro (figura 7.1).
Figura 6.15 – Pólo do milivoltímetro conectado à armadura
Foi traçada uma malha de 20 cm de altura por 10 cm de largura para organizar a
medida dos potenciais, conforme figura 7.2.
81
Figura 6.16 – Traçado de malha para orientação
A área a ser ensaiada foi umedecida de forma homogênea.
Os ensaios foram realizados em toda área exposta, limitadas pelas vigas e pelo
nível da água.
Com um pólo conectado à armadura e outro ao eletrodo de referência, o
milivoltímetro indica a diferença de potencial a cada ponto escolhido (figura 7.3).
Figura 6.17 – Medida de potencial
82
6.6.2 Resultados
Para melhorar a avaliação dos resultados, foram realizadas medidas em duas faces
opostas de cada estaca, foi escolhida a que tivesse melhor acesso.
A figura 6.20 mostra, em vista, o esquema da realização do ensaio.
Figura 6.18 – Esquema, em vista da realização dos ensaios.
Na figura 6.21, o croqui da posição dos ensaios em planta. Foram obtidos os valores
que constam nas tabelas 6.1, 6.2, 6.3 e 6.4.
Figura 6.19 – Posição dos ensaios
83
Tabela 6.17 – Ensaio de Potencial na estaca E1233
FACE DIREITA
A
B
C
D
E
1
-513
-507
-502
-499
-497
2
-482
-480
-472
-462
-447
3
-424
-432
-423
-404
-387
4
-458
-473
-477
-468
-417
5
-620
-622
-617
-605
-559
FACE ESQUERDA
A
B
C
D
E
1
-495
-503
-520
-531
-521
2
-434
-453
-460
-497
-500
3
-409
-419
-415
-436
-425
4
-464
-444
-414
-410
-377
5
-572
-576
-530
-520
-488
Curvas Equipotenciais - 1233
Face Esquerda
Curvas Equipotenciais - E1233
Face Direita
S1
S1
-400--350
-450--350
S2
-550--450
S2
-450--400
-500--450
-650--550
S3
S3
-550--500
-600--550
S4
A
B
C
D
E
S4
S5
A
B
C
D
E
S5
Tabela 6.18 – Ensaio de potencial na estaca E1226
FACE MAR
A
B
C
D
E
1
-459
-444
-439
-438
-440
2
-451
-366
-368
-368
-364
3
-315
-312
-313
-325
-324
4
-352
-363
-376
-382
-373
5
-446
-442
-436
-492
-440
84
FACE TERRA
A
B
C
D
E
1
-416
-405
-391
-382
-377
2
-380
-365
-362
-349
-336
3
-294
-302
-296
-279
-271
4
-307
-316
-313
-307
-289
5
-383
-394
-399
-390
-371
Curvas Equipotenciais - 1226
Face Terra
Curvas Equipotenciais - E1226
Face Mar
S1
S1
-400--350
S2
S2
-450--400
-500--450
A
B
C
D
E
S3
S3
S4
S4
S5
A
B
C
D
E
-370--350
-390--370
-410--390
-430--410
S5
Tabela 6.19 – Ensaio de Potencial na estaca E1086
FACE MAR
A
B
C
D
E
1
-645
-620
-587
-527
-486
2
-638
-598
-532
-503
-478
3
-535
-509
-492
-475
-482
4
-509
-511
-507
-504
-505
5
-515
-523
-520
-530
-537
FACE TERRA
A
B
C
D
E
1
-548
-555
-555
-566
-573
2
-435
-482
-550
-551
-560
3
-366
-397
-440
-510
-580
4
-429
-435
-426
-470
-531
5
-490
-494
-501
-511
-519
85
Curvas Equipotenciais - 1086
Face Terra
Curvas Equipotenciais - E1086
Face Mar
S1
S1
-450--350
S2
S2
-550--450
-650--550
A
B
C
D
E
S3
S3
S4
S4
S5
A
B
C
D
E
-370--350
-390--370
-410--390
-430--410
S5
Tabela 6.20 – Ensaio de potencial na estaca E1424
FACE DIREITA
A
B
C
D
E
1
-494
-492
-478
-463
-450
2
-511
-538
-522
-457
-431
3
-471
-448
-445
-451
-480
4
-493
-489
-508
-542
-551
5
-592
-599
-612
-643
-674
FACE ESQUERDA
A
B
C
D
E
1
-404
-417
-430
-445
-456
2
-352
-371
-403
-434
-468
3
-374
-379
-418
-408
-428
4
-483
-492
-515
-536
-527
5
-581
-601
-595
-598
-610
86
Curvas Equipotenciais - 1424
Face Esquerda
Curvas Equipotenciais - E1424
Face Direita
S1
S2
S3
S1
-450--350
-550--450
S2
-650--550
-550--450
-750--650
S3
S4
1
2
3
4
5
-450--350
-650--550
S4
S5
A
B
C
D
E
S5
Segundo o critério de Avaliação da norma ASTM C 876-91:
¾ -200 mV (probabilidade de corrosão menor que 10%);
¾ entre –200 e –350 mV (probabilidade de corrosão incerta);
¾ < -350 mv (probabilidade de corrosão maior que 90%).
Dessa forma, temos que todos os pontos medidos se encontram com grande
possibilidade de apresentar processos de corrosão, como quando foram ensaiados
antes de serem reparados.
87
7 COMPARAÇÃO CRÍTICA
Nesse item são mostradas algumas discussões a respeito do elevado resultado de
Potencial nos ensaios realizados.
Segundo CASCUDO (1992), que realizou ensaios de corpos de provas de concreto
armado em laboratório, expostos às soluções agressivas, medindo seus potenciais
periodicamente até a constatação do processo corrosivo, o concreto apresenta um
período inicial instável e com potenciais altos nos primeiros 45 dias após a
concretagem, conforme figura 7.4.
Esse período seria a formação da camada de passivação da armadura, quando esta
não estaria ainda estabilizada.
Figura 7.1 – Gráfico de potenciais versus tempo (CASCUDO, 1992).
Conforme STRATFULL, 1973 apud CASCUDO, 1992, potenciais altos nas primeiras
idades do concreto seriam devido a uma camada de água que é formada em torno
da armadura na área com contato com o ambiente. E que se secando esta camada,
os potenciais seriam menos negativos.
Segundo SOUZA & BAUER, 1990 apud CASCUDO, 1992, mostram que um possível
motivo para os altos potenciais iniciais é a liberação de cal que ocorre na superfície
do concreto.
88
Nota-se que existe uma grande variedade de explicações quanto ao que acontece
com a armadura, quanto aos potenciais, logo após a concretagem. Mas também que
muitos estão estudando este fenômeno, para que possam ser estabelecidos
parâmetros para um melhor entendimento desse processo.
Quanto às estacas estudadas, estas foram recuperadas, mas não toda estrutura,
ficando ainda lajes, vigas e estacas sem o reparo necessário, o que pode estar
gerando uma nova tendência de formação de pilhas devido a diferença de potencial
entre as estruturas restauradas e as não restauradas.
Outra causa pode ser a da não estabilização elétrica das estacas, visto que as
armaduras antigas sofreram reparos (retirada de produtos de corrosão com
jateamento, ancoragem com pintura epóxi) e foram ligadas com conexões elétricas,
no caso das que receberam ânodos, às novas armaduras.
Assim, todo o sistema mudou. Foi incorporado outro concreto ao concreto existente,
criando assim um novo eletrólito com novos eletrodos.
A presença de água pode aumentar a condutividade elétrica, conforme vistos nos
gráficos apresentados nos ensaios realizados, onde próximo à água os potenciais
eram mais negativos.
Ainda temos o Diagrama de Pourbaix (Figura 5.3, capítulo 5.2.1), que mostra uma
área de imunidade de corrosão a partir de -600 mV. Não foi possível relacionar com
os ensaios realizados devido à diferença de unidades e referência, mais fica
demonstrado que a partir de um determinado valor de potencial negativo a
probabilidade de corrosão pode ser desprezível.
Fica então a complementação desse estudo aberta, para se avaliar com uma
variação maior de tempo, estruturas restauradas, que utilizaram ou não reparos
eletroquímicos.
89
CONCLUSÕES
Os Ensaios Eletroquímicos são uma ferramenta importante de avaliação e
monitoração da corrosão em estrutura de concreto armado, pois são realizados “in
loco” e não são destrutivos. E seus resultados permitem um diagnóstico de corrosão
mesmo antes de sintomas visuais.
Os ensaios eletroquímicos não devem ser utilizados isoladamente na avaliação de
danos de uma estrutura, ou seja, devem ser feitos outros ensaios para avaliação das
características do concreto, ambiente, materiais utilizados, além de se observar o
uso da estrutura.
Os Ensaios Eletroquímicos devem ser realizados com cuidado em estruturas que
possuem corrente de fuga, como estações de trem e metrô, por exemplo, pois seus
resultados podem ser falseados.
Os Ensaios de Potenciais, quando realizados nas primeiras idades do concreto,
podem apresentar resultados equivocados.
Locais com grande umidade e em variação de maré tem uma tendência a valores
potenciais maiores, devido ao aumento de capacidade da condutividade pela água.
Sendo assim, os valores obtidos devem ser analisados com cuidado.
Ainda não existe uma norma brasileira que especifique os Ensaios Eletroquímicos,
sendo necessários buscar normas estrangeiras para se obter parâmetros para
realização destes ensaios.
90
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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estrutura de concreto. Rio de Janeiro, 2003a.
_____NBR 9778: Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção
de água por imersão – Índice de vazios e massa específica, 1987b.
_____NBR 9779: Argamassa e concreto endurecidos – Determinação de água por
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BASTOS, Evandro José de Oliveira. Propedêutica para o estudo da corrosão de
armaduras em estruturas de concreto, Tese de Doutorado, Poli-SP, 2005.
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91
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Desarrollo. Manual de inspeccion, evalucion y diagnostico de corrosion en
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NOBREGA, Ana Cecília Vieira, da SILVA, Djalma Ribeiro. Estudo de inibidores de
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92
ANEXO A – ANÁLISE VISUAL DAS ESTACAS
93
94
95
96
97
ANEXO B – PLANTA DE FUNDAÇÕES
98
99
ANEXO C – DETALHE DE REPARO COM USO DE ÂNODO DE
SACRIFÍCIO
100
101
ANEXO D – DETALHE DE REPARO SEM O USO DO ÂNODO
102
103