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1 12 1. INTRODUÇÃO 1.1 GENERALIDADES O concreto é um material da construção civil formado pela mistura entre agregados (miúdo e graúdo), aglomerante (cimento), água e em determinadas situações aditivos em proporções dosadas, de forma a dar propriedades, como trabalhabilidade ao concreto e fresco e resistência ao concreto seco (Clímaco, 2008). Tal composto é caracterizado pela alta resistência a compressão, no entanto possui uma baixa resistência à tração. Devido a este fato em meados do século XIX começaram estudos para adicionar algum elemento com grande resistência à tração para ser adicionado ao concreto e o elemento escolhido foi o aço, formando assim o concreto armado (Clímaco, 2008). A utilização de barras aço em conjunto com o concreto foi possível devido a diversos fatores, principalmente (Clímaco, 2008): Coeficientes de dilatação térmica próximos; O concreto contribui para a proteção da armadura de aço contra oxidação garantindo durabilidade ao aço; Ótima aderência entre aço e concreto, nas áreas tracionadas o concreto tende a deformar e força o aço a trabalhar e conseqüentemente a receber os esforços de tração, e nas áreas comprimidas o concreto absorve grande parte dos esforços. Apesar de indesejável o concreto armado trabalha fissurado, este fato deve-se à baixa resistência a tração do concreto e a retração deste, mas estas fissuras devem ser tratadas como algo natural desde que sejam levados em conta limites para que sejam garantidas as seguranças estruturais em serviço, desempenho, condições de funcionabilidade e estética. (Clímaco, 2008) Outro fato importante a ser levado em consideração é a carbonatação que é uma seqüência de fenômenos que ocorrem devido a reações químicas entre o hidróxido de cálcio, proveniente das reações de hidratação do cimento, e o gás carbônico presente na atmosfera

2 13 iniciando na superfície da peça estrutural e progredindo para o interior do concreto diminuindo a alcalinidade do mesmo. A alcalinidade do concreto, ph médio de 12,5, provoca a formação de uma camada de óxidos resistente que adere à armadura protegendo-a contra a corrosão. A redução do ph do concreto destrói este filme protetor das armadura provocando o início da corrosão da armadura de aço, sendo necessário o reforço destas estruturas causando prejuízos financeiros aos proprietários. 1.2 OBJETIVOS E JUSTIFICATIVA Objetivos gerais Este trabalho tem como objetivo estudar uma das patologias mais comuns e preocupantes da construção civil, o processo de corrosão e os agentes que iniciam este processo (CARMONA, 2005). Durante o estudo procurou-se explicar as formas que o processo corrosivo se inicia e as conseqüências da corrosão nas estruturas de concreto armado, tais como durabilidade e vida útil Objetivos específicos Serão observadas as características que influem na atuação dos agentes do processo corrosivo avaliando as conseqüências deste processo corrosivo nas armaduras das peças estruturais em concreto armado e, na capacidade portante de vigas, que possuem comprimento de 65 centímetros e seção transversal de 15 x 15 centímetros, de concreto armado. Durante os ensaios de flexão simples serão analisadas as flechas das vigas e o alongamento das barras de aço com a utilização de extensômetros.

3 Justificativa A corrosão das armaduras é uma das principais causas da deterioração das estruturas em concreto armado, gerando conseqüências negativas à estabilidade, funcionalidade e estética das estruturas. Este problema patológico das estruturas gera custos aos proprietários devido a reforços e reparos. O estudo deste fenômeno é importante para o entendimento de como tratar esta patologia, além de, no momento da execução, tomar medidas que possam evitar ou minimizar o processo corrosivo. 1.3 ESTRUTURA DA PESQUISA O trabalho encontra-se estruturado em cinco capítulos, introdução, corrosão em armaduras, programa experimental e apresentação e discussão dos dados e considerações finais. O segundo capítulo apresenta toda a teoria necessária para entendimento do efeito corrosivo, sendo utilizada uma revisão bibliográfica sobre tema. Neste capitulo será abordado a durabilidade e vida útil das estruturas, os mecanismos de transportes de agentes agressivos, as principais propriedades estruturais afetadas pela corrosão das armaduras, o processo de corrosão e a aceleração da corrosão. No terceiro capitulo será descrito o programa experimental que foi realizado, descrevendo os materiais utilizados e o processo experimental realizado em laboratório com vigas de concreto armado submetidas ao processo corrosivo. Posteriormente, no quarto capitulo, serão analisados os dados obtidos através do ensaio de forma a chegar a conclusões sobre flechas, alongamento das barras de aço e resistência das vigas ensaiadas. Tais resultados levarão às considerações finais descritas no quintocapítulo.

4 15 2. CORROSÃO EM ARMADURAS 2.1 DURABILIDADE E VIDA ÚTIL Silva (2001) define durabilidade como uma qualidade da estrutura e a vida útil como a qualificação desta qualidade. Porém a associação destes conceitos é inevitável (Souza e Ripper, 1998), já que uma vez conhecida as características de deterioração do concreto armado, caberá a durabilidade ser o parâmetro para se relacionar estas características a uma determinada obra e este comportamento definirá sua vida útil. Tais pesquisas demonstram que as características do meio externo possuem influencia direta no desempenho da estrutura em relação à sua vida útil, podendo alcançar altos níveis de comprometimento de sua estabilidade e sua funcionalidade. Buscando determinar esta influência do ambiente nas estruturas, muitos pesquisadores vêm buscando estabelecer uma modelagem para representar a curva desempenho versus tempo das estruturas em concreto o armado (ANDRADE, 1988; HELENE, 1993; TUUTI, 1982), e muitos destes estudos estão direcionados para o tópico da corrosão em armaduras. O primeiro estudo associando o conceito de vida útil à corrosão de armaduras foi proposta por Tuuti (1980) utilizando um modelo simplificado para previsão da vida útil de estruturas atacadas pelo efeito corrosivo, onde foi definido o período de iniciação e o de propagação da corrosão. Figura 2.1 Modelo de vida útil proposto por Tuuti (1980)

5 16 O diagrama mais detalhado com relação do desempenho das estruturas e a corrosão destas foram feito por Helene (1993), onde a vida útil de projeto coincide com o período de iniciação, neste caso a vida útil de serviço obedece ao período até o surgimento das primeiras manifestações de degradação do concreto armado, sendo estas fissuras, destacamentos ou até perda de resistência. Outro dado colocado em sua pesquisa foi a vida útil residual que foi definida como período de tempo onde a estrutura ainda atende às suas funções. Segundo o autor são definidas três vidas úteis residuais: uma mais curta contada até a despassivação da armadura, outra até o aparecimento de manchas, fissuras ou destacamento do concreto e outra longa contada até a perda significativa da capacidade resistente do componente estrutural ou seu eventual colapso. Figura 2.2 Modelo de vida útil proposto por Helene (1993) Tal fenômeno de degradação das armaduras vem apresentando o maior índice de ocorrência nas estruturas, com índices de ocorrência variando de 27% a 64%, reduzindo significativamente a vida útil das peças estruturais (ANDRADE, 1997) Com o objetivo de descrever matematicamente a vida útil das estruturas de concreto armado atingidas pelo fenômeno corrosivo, estudos vêm sendo realizados com a finalidade de orientar as atividades de projeto e manutenção das estruturas seguindo duas linhas de pesquisa. A primeira utiliza-se de determinados modelos para o transporte de agentes agressivos para o interior das estruturas de concreto armado (PAPADAKIS et al.m 1991), e a segunda

6 17 considera a variabilidade que é essencial a qualquer processo natural (ANG e TANG, 1984), podendo ser incorporada aos estudos de degradação que ocorrem nas estruturas tanto por ataque dos íons sulfato (KURTIS et al., 2000) quanto pela corrosão de armaduras iniciada pela carbonatação (BOB, 1996; RAMEZANIANPOUR, 2000).Tal variabilidade está relacionada principalmente com as características do concreto e as condições ambientais que influenciam nos fenômenos de transporte (SCHIESSL et al., 1999). ANG e TANG, 1984; MELCHERS, 1987; SILVA, 1998; DER KIUREGHIAN, 1996 com a finalidade de englobar as variabilidades implícitas nos processos de degradação das estruturas de concreto armado, aplicaram em seus estudos um processo nomeado como probabilístico (ou estocástico). Tais estudos baseiam-se na teoria da confiabilidade para a previsão da vida útil das estruturas. 2.2 MECANISMOS DE TRASPORTE DE AGENTES AGRESSIVOS Os agentes agressivos ao concreto armado são transportados através dos poros da matriz do cimento e das microfissuras. Segundo Guimarães (2000), para isso estas substancias dependem das características químicas e físicas de sua concentração superficial, das condições ambientais, da microestrutura (tipo e distribuição de tamanho dos poros e presença de microfissuras), do grau de umectação do concreto, da temperatura e grau de saturação dos poros do concreto. Figura 2.3 Representação esquemática da interação entre concreto e o ambiente agressivo às armaduras (NEPOMUCENO, 1992)

7 Absorção A absorção de agentes agressivos ocorre a partir de tensões capilares geradas pela tensão superficial do líquido penetrante nos poros, onde soluções líquidas ricas em íons de cloro procedentes de sais dissolvidos penetram a peça estrutural de forma imediata ao contato do líquido com o substrato. A ascensão da solução entre poros interconectados é dependente da porosidade aberta e, depende principalmente dos diâmetros dos poros, de forma que a força capilar é inversamente proporcional ao tamanho destes. Segundo Cascudo (1997) o concreto é considerado um material hidrófilo, um material ávido por água, ainda podendo, juntamente a condição de umidade ter aspectos decisivos para a absorção de soluções agressivas ao concreto armado, já que quanto menor o teor de umidade mais favorecida fica sua capacidade de absorção de água. A absorção destes líquidos depende significativamente de algumas outras características peculiares como densidade, viscosidade e tensão superficial, de forma que soluções de elevada viscosidade encontram maior resistência de penetração pelos poros, por sua vez uma elevada tensão superficial no interior dos poros pode representar uma maior ascensão capilar Difusão A difusão junto a absorção compõe a ampla maioria dos casos de transporte de agentes agressivos para o interior do elemento estrutural (MONTEIRO, 2002). Também definida como fluxo elétrico, a difusão iônica acontece devido à diferença de concentração entre o meio interno e externo, ou até mesmo dentro do próprio concreto. Estas diferenças nas concentrações de cloretos geram o movimento desses íons em busca de equilíbrio. Para Santos (2006) a difusão possui uma função maior no transporte de agentes agressivos, já que os dois principais agentes agressivos ao concreto armado (íons de cloreto e o gás carbono) e o oxigênio (substância importante para o progresso das reações do processo catódico) penetram no interior do concreto devido a este fenômeno.

8 19 O estudo da difusão do gás carbônico no concreto é de extrema importância, pois este composto químico reage com o hidróxido de cálcio dissolvido na fase aquosa dos poros do concreto reduzindo o ph da região e, conseqüentemente, dando início ao processo corrosivo devido à carbonatação Permeabilidade Este fenômeno é definido como o fluxo de um fluido devido a um gradiente de pressão e representa o grau de dificuldade com que esta substância transpõe um volume sólido poroso (no caso o concreto) sob uma condição de diferença de pressão. (MEHTA E MONTEIRO, 1994) O fluxo deste fluido obedece a lei de Darcy que, considerando um fluxo laminar constante, expressa o coeficiente de permeabilidade como uma função do volume do líquido que flui, do tempo, da espessura e da área da seção por onde penetra o líquido, da viscosidade deste e da diferença de pressão. Henry Darcy, em 1856, analisou o fluxo de água em estado estacionário, e, através de diversos experimentos, obteve a relação expressa pela equação abaixo: = h. h Equação 2.1 onde: qh = taxa de fluxo de água (m³/s); A = área da seção transversal (m²); Kh = condutividade hidráulica (m/s); ih = gradiente hidráulico. Observou-se que a condutividade hidráulica depende das características do fluido e da estrutura de poros, diretamente proporcional à porosidade e inversamente proporcional à viscosidae do fluido.

9 20 Al-Amoudi et al. (1993) indicaram em seus estudos que ao adicionar ao cimento elementos como, pozolanas, cinzas volantes e escória de alto-forno, reduzem a permeabilidade, porosidade dos concretos além da difusibilidade de íons. Cascudo (1997) indicou em suas pesquisas que o transporte iônico de cloretos nas estruturas de concreto, através da permeabilidade de líquidos ocasionada por pressão hidráulica, ocorre, na prática de forma muito limitada, se comparar com a incidência de contaminação por absorção capilar Migração Iônica A migração iônica ocorre quando há um potencial elétrico. Os cloretos sendo íons de com carga elétrica negativa promovem uma migração iônica através da ação de campos elétricos o que possibilita o deslocamento de íons presentes para que se neutralize o efeito da diferença de potencial. Nepomuceno (2005) afirmou que este fenômeno pode ocorrer em estruturas para suporte de veículos que utilizam corrente elétrica para a sua movimentação, em estruturas de concreto com proteção catódica por corrente impressa ou em estruturas submetidas à extração de cloretos e à realcalinização pela aplicação de uma diferença de potencial. 2.3 PRINCIPAIS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS AFETADAS PELA CORROSÃO DE ARMADURAS A corrosão pode afetar várias propriedades do concreto armado de forma grave, como a redução do desempenho estrutural de forma precoce. Além do mais, diversas propriedades estruturais podem ser afetadas de forma simultânea pela corrosão, acelerando o seu efeito deletério. A perda de aderência entre o aço e concreto, diminuição da área da seção transversal das barras da armadura, surgimento de tensões radiais de tração no concreto, devido ao

10 21 acúmulo de produtos de corrosão junto às barras, desplacamento do concreto, em estágios avançados de dano, modificação da capacidade de resistência à tração e ductibilidade das barras da armadura são manifestações dos sintomas da degradação da peça estrutural Aderência entre o aço e o concreto A aderência entre aço e concreto caracteriza-se pela transmissão de esforços atuantes, nas estruturas de concreto armado, do concreto ao aço. Esta ligação entre estes dois materiais se dá devido a resistência ao deslizamento relativo entre a superfície da barra de aço e o concreto ao seu redor (KIRCHLEIM et al., 2005). A efetividade desta conexão pode ser reduzida pela deterioração do concreto, do aço ou de ambos. O efeito corrosivo reduz a aderência entre aço e concreto devido ao acúmulo de produtos de corrosão ao longo do perímetro da barra da armadura. Em seu estudo, Leonhardt (1977) admitiu que a aderência devesse ser considerada devido a três componentes básicos, a adesão físico-química que ocorre durante a hidratação do cimento, o atrito entre os dois elementos e a interação mecânica entre as nervuras da barra e o concreto ao seu redor. Fusco (1975) descreveu que é impossível medir, isoladamente, estas três componentes e que outros fatores influem na aderência, tais como a retração, a deformação lenta e a fissuração do concreto. A NBR 6118 (2003) descreve que quatro fatores influem na resistência a aderência (f bd ) entre o concreto e o aço considerando armaduras passivas. F bd = η 1* η 2* η 3* f ctd Equação 2.2 Onde: F ctd resistência à tração de cálculo do concreto (Mpa); η 1 coeficiente de conformação superficial (2,25 para barras nervuradas);

11 22 η 2 coeficiente relativo à boa ou má aderência das barras, determinado a partir do posicionamento das barras durante a concretagem (1,0 consideradas em situação de boa aderência); η 3 coeficiente baseado no diâmetro da barra de armadura (1,0 para diâmetros maiores que 32 milímetros). Ribeiro (1985) afirma que a aderência depende de diversos fatores como o traço do concreto, idade da estrutura, diâmetro das barras, estado superficial das barras, comprimento de ancoragem, recobrimento e espaçamento das armaduras, forças transversais presentes, características do carregamento, adensamento, posição das barras na concretagem e a qualidade do concreto. Amleh e Mirza (1999) considera, além destes fatores, a mudança de temperatura, variação de carga aplicada, fluência do concreto e a corrosão como fatores de influencia na aderência concreto-aço. Para Ribeiro (1985) e Vieira (1994), o fator de maior importância para a aderência é a interação entre as nervuras da barra e o concreto, fato confirmado pela NBR 6118 (2003) que estabelece claramente o coeficiente de deformação superficial com fator maior peso a aderência. Fang et al. (2004) afirmam que os produtos de corrosão provenientes das reações de oxidação e redução alojam-se na interface entre o aço e o concreto, degradando a aderência existente entre eles. Amleh e Mirza (1999) descrevem em seus estudos que, em casos específicos, a redução da resistência de aderência é mais crítica que a redução da seção transversal, ou seja, uma pequena redução no diâmetro das barras pode ocasionar uma grande redução da resistência de aderência. Para Stanish et al. (1999) existem dois mecanismos nos quais a corrosão pode afetar a aderência entre armadura e concreto: a) A maioria dos produtos de corrosão, que se acumulam na superfície da barra, ocupa volume maior que o metal não corroído causando fissuração ou desplacamento do concreto de cobrimento. Esta redução da camada protetora da

12 23 armadura implica na diminuição do confinamento que por sua vez gera a redução da resistência de aderência. b) A superfície da barra de armadura se torna continuamente coberta com produtos de corrosão, o que interferem nos mecanismos de aderência que reagem a adesão na superfície da barra. Fu e Chung (1997) descrevem em suas pesquisas que os produtos da corrosão contribuem, até certo ponto, para a resistência de aderência e sugerem um tratamento superficial das barras de armaduras com água, para provocar uma oxidação inicial, antes da concretagem, visando aumentar a resistência de aderência entre aço e concreto. Tal fato é confirmado nas pesquisas de Coronelli (2002) onde ele afirma que níveis baixos de corrosão que antecedem à fissuração provocam aumento na capacidade de aderência devido ao aumento da fricção entre as barras corroídas e o concreto, além do estabelecimento de uma pressão ao redor da barra. Contribuem para estas afirmações Fang et al. (2004) E Almusallam et al. (1996) quando alguns de seus corpos-de-prova mostram aumento da resistência de aderência com níveis pequenos de corrosão. Nos experimentos notaram aumento da resistência de aderência até o grau de corrosão correspondente a 4% da perda de massa da armadura, sendo que os incrementos na aderência chegaram a atingir 17%, a resistência de aderência começa a reduzir, de forma brusca, no instante do aparecimento das fissuras no concreto circundante, a fissuração devido ao processo corrosivo é considerado por diversos autores como sendo um efeito crítico para a aderência pelo fato do enfraquecimento do confinamento ao redor da barra de aço.

13 24 Figura 2.4 Resistência de aderência x grau de corrosão [Almusallam et al., 1996] Redução da área da seção transversal das barras de armadura Nos diferentes elementos estruturais utilizados na construção civil, a armadura é resultado de dimensionamentos precisos e muitas vezes complexos. A resposta fornecida pelo dimensionamento, quando se fornecem dados reativos à carga aplicada, à geometria do elemento e às propriedades dos materiais constituintes, é expressa em termos de área de armadura necessária, esta área apresenta-se como um dos principais parâmetros das estruturas de concreto armado, e sua variação tem grande importância na estabilidade das estruturas. O ataque de cloretos nas barras da armadura tende a gerar uma corrosão puntiforme, que pode levar à formação de pites, onde a área da armadura pode ficar comprometida, com elevada redução de seção ou até mesmo ruptura total de certos trechos da barra. Em 2005 Andrade e Martinez propuseram uma formulação que correlaciona valores de corrente em perda de área de seção transversal para estruturas reais: P x = 0,0115 * I corr * t p Equação 2.3 Onde: P x Perda de diâmetro; I corr Densidade de corrente (µa/cm²) Obtido do acompanhamento ao longo da vida útil da estrutura após a corrosão;

14 25 t p tempo, em anos, desde o início da corrosão. Cabe dizer que o termo 0,0115, presente na formulação, converte µa/cm² em perdas em mm/ano para o aço Redução da resistência à tração do aço As normas brasileiras para o cálculo de estruturas de concreto armado definem coeficientes de segurança para o dimensionamento das peças estruturais. A NBR 6118 (2003) descreve para o aço: = Equação 2.4 Onde: f yd resistência à tração de projeto (MPa); f yk resistência à tração característica do aço (MPa); γ s coeficiente de ponderação da resistência do aço (1,15). O concreto possui coeficiente de minoração de resistente igual a 1,4, valor superior ao do aço, devido a heterogeneidade do concreto. Diferentemente do que ocorre no dimensionamento da área de seção transversal das barras da armadura, a resistência à tração é uma propriedade de entrada nos cálculos e sua alteração, devido a degradação provocada pela corrosão, pode provocar uma redução na resistência que pode não ser absorvida pelos coeficientes de segurança. Um estudo do comportamento de barras de aço do tipo BSt 500s (classificação de acordo com a norma alemã DIN 488-2, aço com resistência nominal à tração de 500 MPa, similar ao aço CA-50ª utilizado no Brasil), de 8,0 milímetros de diâmetro, submetidos a tração, Apostolopoulos et al. (2006) gerou os seguintes gráficos:

15 26 Figura 2.5 a) Perda de massa em função do período de névoa salina; b) Redução da resistência à tração última em função do período de névoa salina [Apostolopoulos et al., 2006] O gráfico a demonstra que com o aumento do tempo de exposição à solução salina ocorre perda da massa de armadura devido à corrosão, enquanto a leitura do gráfico b mostra que com o incremento de tempo à exposição à solução salina, e com a perda de massa, existe redução da resistência a tração última das barras. A partir deste mesmo estudo foi observado que, junto à redução da resistência à tração, houve uma diminuição considerável da ductilidade das mesmas, de forma que, para uma exposição à solução salina maior que 35 dias os valores referentes ao alongamento das barras é inferior ao limite mínimo estabelecido pela maioria das normas. Em estudos similares ao experimento anterior, Almusallam (2001) utilizou armaduras de 6,0 e 12,0 milímetros de diâmetro, com resistência nominal a tração de 600 MPa, estas foram submetidas a corrosão no interior de corpos-de-prova de concreto e percebeu-se que existiu pouca alteração dos valores de resistência à tração última das barras em função do aumento do grau de corrosão. Diferente do trabalho anterior, considerou-se o diâmetro efetivo das barras de armadura (que conclui uma diminuição em função do grau de corrosão) para o cálculo da resistência à tração. Outro fato observado neste trabalho foi a redução significativa da ductilidade das barras dando assim maior importância ao estudo da corrosão.

16 27 Figura 2.6 Redução da resistência à tração em função da perda de massa da armadura [Almusallam, 2001] Figura 2.7 Curvas de carga-deslocamento para barras de 6,0 mm de diâmetro com variação do grau de corrosão [Almusallam, 2001] Desenvolvimento de tensões de tração e fissuração Helene (1993) teve grande participação no estudo sobre o desenvolvimento de tensões de tração e fissuração de peças estruturais de concreto armado quando em suas pesquisas percebeu que produtos de corrosão, que são gerados por meio da corrosão eletro-química, são heterogêneos, porosos e normalmente se formam fora da superfície do aço, nas circunvizinhanças desta, nos poros, capilares e fissuras do concreto.

17 28 Tais produtos gerados pela corrosão se alojam em um determinado volume que antes não era destinado a eles, primeiramente na rede de poros do concreto e nas fissuras quando existem. Lorensini e Diniz (2006) descrevem que tais produtos podem ocupar três volumes, a zona porosa ao redor da armadura, a zona de expansão do concreto devido à pressão dos produtos de corrosão e o espaço da armadura que sofreu a corrosão. Segundo Cascudo (1997), à medida que a corrosão avança, os produtos desta vão se acumulando cada vez mais ao redor das armaduras, criando verdadeiras crostas no seu entorno. Para Helene (1986) é gerado esforços no concreto na direção radial das barras que geram tensões de tração, que podem ultrapassar 15 MPa, as quais culminam com a fissuração das peças de concreto. Antes do início da corrosão Produto da Corrosão ocupando a zona porosa Produto da corrosão causando expansão F fissura D Desplacamento do concreto Figura 2.8 Esforços que levam à fissuração e desplacamento do concreto [Cascudo, 1997] Desta maneira, Cabrera (1996) afirma que o problema básico associado a deterioração das peças de concreto armado devido à corrosão não é a redução da resistência mecânica da armadura, mas sim as tensões que os produtos da corrosão provocam, produzindo tensões no concreto que não podem ser suportadas pelo limite plástico das deformações levando a fissuração do concreto, o que ocasionalmente provoca o enfraquecimento da aderência entre aço e concreto, diminuindo a vida útil e a resistência última dos elementos de concreto armado Aumento da Deformabilidade Este tópico foi pesquisado por Rodriguez et al. (1997), onde foram analisadas vinte e uma vigas com diferentes geometrias, carregamentos e níveis de corrosão. Neste estudo

18 29 percebeu-se que a flecha no centro do vão aumenta em vigas afetadas pela corrosão, além de aumentar a abertura das fissuras para a carga de serviço e redução da carga última da estrutura. Tal fato é justificado pela redução da seção transversal al das barras, a deterioração da seção de concreto gerando perda de aderência entre aço e concreto. Mangat e Elgarf (1999), em seus estudos experimentais, ensaiaram cento e onze vigas de concreto armado com diferentes graus de corrosão e perceberam que o grau de corrosão das armaduras influencia consideravelmente na curva carga versus deslocamento das vigas, aumentando as flechas, e houve a redução gradual na rigidez dos elementos. 2.4 PROCESSOS DE CORROSÃO Carbonatação O processo de corrosão por carbonatação ocorre pela penetração de gás carbônico (CO 2 ) na estrutura de concreto, que junto às reações químicas na água dos poros do concreto forma uma substância ácida, de forma que a solução aquosa ali contida tenha seu ph alterado de 12,5 para em torno de 9. A redução do ph causa a destruição da camada passivante gerando o aumento da tendência de manifestação da corrosão, conforme o diagrama de Pourbaix, pela quebra da proteção química. Figura 2.9 Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema ferro-água a 25 C (CASCUDO, 1997)

19 30 As principais reações químicas que ocorrem nos poros do concreto, modificando o ph da peça estrutural, são entre o gás carbônico e o hidróxido de cálcio, com o sódio e também com o hidróxido de potássio, em presença de água. CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O Equação 2.5 CO 2 + Na,KOH Na 2,K 2 CO 3 + H 2 O Equação 2.6 Tais reações, que provocam a redução do ph do concreto, recebem o nome de carbonatação. Segundo Silva (2006), o CO 2 pode penetrar mais internamente na estrutura podendo atingir a armadura e provocando sua despassivação. Figura 2.10 Representação esquemática do processo de carbonatação conforme Richardson (1988) O processo de penetração do gás carbônico nas peças de concreto armado é de forma lenta, porém desencadeia alterações nas propriedades físico-químicas do concreto. Os produtos do processo de carbonatação possuem volumes maiores que o composto hidratado de origem, aumentando a densidade da estrutura e ocasionando um pequeno aumento da resistência mecânica. Matematicamente, a profundidade atingida pela carbonatação é aproximadamente proporcional à porosidade da pasta e inversamente proporcional à raiz quadrada da

20 31 concentração de gás carbônico no concreto, sendo dependente das características do cobrimento da peça de concreto armado Ação dos Íons Cloreto Um dos problemas mais sérios causados pela corrosão das armaduras é provocada pela ação dos íons cloreto, segundo estudos de durabilidade das peças de concreto armado. Segundo Silva (2006) muitos fatores podem desencadear a deterioração por corrosão das peças estruturas de concreto armado através da redução da alcalinidade do concreto, como a carbonatação ou exposição das estruturas em ambientes ácidos, porém a ação dos íons cloreto podem despassivar a armadura mesmo com ph extremamente elevado. Por serem abundantemente encontrados na natureza, os íons de cloreto podem ser encontrados no concreto, já que, em algumas regiões, os agregados utilizados na produção do concreto são extraídos de regiões que no passado foram marinhas, água, aditivos aceleradores de pega que contenham CaCl 2, atmosferas marinhas, água do mar, regiões contaminadas por poluentes industriais ou limpeza de pisos e fachadas com ácido muriático. No concreto, os íons de cloreto podem estar presentes de duas formas, fixos ou livres. Quando fixos, esses elementos estão quimicamente combinados com as fases aluminoferríticas para formar os cloroaluminatos, ou absorvidos às paredes dos poros na estrutura espacial do silicato de cálcio hidratado (C-S-H). Na forma livre, encontram precipitados ou dissolvidos na fase aquosa do concreto. Somente os íons cloreto solúveis em água podem gerar a corrosão, desta forma, é conveniente definir o teor de cloretos totais, já que parte dos cloretos podem ficar disponíveis devido à carbonatação ou elevação da temperatura. Os íons atacam de forma pontual ocorrendo corrosão localizadas.

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