UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL - EEC CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL - CMEC LEONARDO GOMES DE SÁ E CARVALHO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL - EEC CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL - CMEC LEONARDO GOMES DE SÁ E CARVALHO RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS AÇOS CA24 E CA50 FRENTE À AÇÃO DOS CLORETOS Área de concentração: Estruturas e Materiais de Construção Orientador: Enio José Pazini Figueiredo, Ph.D Goiânia 2014

2 LEONARDO GOMES DE SÁ E CARVALHO RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS AÇOS CA24 E CA50 FRENTE À AÇÃO DOS CLORETOS Dissertação apresentada no Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil. Área de concentração: Estruturas e Materiais de Construção Orientador: Enio José Pazini Figueiredo, Ph.D Goiânia 2014

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5 Dedico esta obra aos meus pais e à minha família que foi sempre fonte de inspiração para a minha vida, e a quem eu espero poder retribuir tudo o que me proporcionaram.

6 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço aos meus pais Yvo, Maria e Carluce (in memorian) que me serviram de exemplo e inspiração para lutar por essa conquista, a quem dedico. À minha tia Marluce (in memorian) e ao meu avô Carlos (in memorian), os quais me acompanharam no início dessa jornada, mas que por vontade de Deus, tiveram que ir embora mais cedo. Sei, contudo, que estão me olhando e orgulhosos deste momento. Aos meus irmãos Júnior, Yuri e Yliuska que me deram amor, carinho e apoio nos momentos mais difíceis desta empreitada, sempre me incentivando e nunca me deixando desanimar. À minha esposa, amiga, companheira e confidente Fernanda, pelo amor e principalmente, pela paciência e compreensão nesta importante fase da minha vida. À minha filha Marcela, que iluminou a minha vida e os meus dias, me dando forças para superar os momentos de angústia. Ao professor, orientador e grande amigo Enio José Pazini Figueiredo agradeço pela orientação, apoio, dedicação e paciência ao longo desses meses de trabalho e convivência. Agradeço também a ele por acreditar e apostar em meu potencial, mesmo nas horas em que nem eu mesmo acreditava. Obrigado ainda, pelos valiosos ensinamentos, sejam eles durante as suas aulas ou em uma simples conversa informal. A todos os professores do Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás (CMEC-UFG), pelos valorosos conhecimentos transmitidos. Aos colegas do Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Federal de Goiás, Deusair, Agnaldo e Manuel pela ajuda e apoio na realização de meus ensaios. Aos meus amigos de mestrado Áureo, Dilene, Mayara, Heitor e Érika pelas dúvidas e descobertas compartilhadas nesses meses de mestrado. Aos amigos Humberto e Wendy que me auxiliaram nas atividades de pesquisa e laboratorial.

7 Ao caro Mário Rosa que sempre cuidou com muito zelo da parte burocrática/administrativa referentes ao curso em questão. À TORK Controle Tecnológico de Materiais Ltda. pela realização de parte dos ensaios desta dissertação. À IFG Instituto Federal de Goiás pelo empréstimo de seu laboratório e equipamentos para a realização dos ensaios. E, por fim, a todos que de forma direta ou indireta fizeram parte deste trabalho e que, por ventura, eu tenha me esquecido de mencionar, o meu mais sincero agradecimento.

8 RESUMO A corrosão de armaduras em estruturas de concreto constitui-se em um dos problemas mais sérios e onerosos a serem resolvidos na construção civil. Atualmente, vários profissionais estão mobilizados no sentido de prevenir, controlar e reparar estruturas sujeitas ou com corrosão de armaduras. O presente trabalho apresenta e discute os principais resultados de uma pesquisa experimental cujo objetivo foi verificar a resistência à corrosão de dois diferentes tipos de aço, o CA24 e o CA50. O aço CA24 foi amplamente empregado nas construções das décadas de 40 a 60, e o aço CA50 é o mais empregado atualmente como armadura de estruturas de concreto. Além do tipo de aço, o estudo avaliou a influência do diâmetro da barra (5mm e 25mm) nos processos de passivação, despassivação e propagação da corrosão. Para a realização do estudo, foram introduzidas barras de aço de 5mm e 25mm, de CA24 e CA50, em corpos-de-prova prismáticos moldados com um concreto de referência. Os corpos-de-prova foram submetidos a ciclos regulares de imersão, em solução de 2% de NaCl com 2%, e secagem. Foram moldados, também, corpos-deprova com 3% de cloretos de sódio na água de amassamento, em relação à massa de cimento. Estes permaneceram, inicialmente, em local com umidade controlada de 55 ± 15% e, posteriormente, passaram por ciclos de imersão em água potável e secagem. Durante 210 dias de monitoramento, a corrosão foi avaliada por meio das medidas eletroquímicas de potencial de corrosão (Ecorr) e resistência de polarização (i corr ). O concreto foi monitorado por meio de medidas de resistividade superficial (ρ). Antes do inicio dos ensaios de corrosão, foram realizados os ensaios de metalografia, composição química e ensaios mecânicos, para a caracterização das barras de aço. As perdas de massa eletroquímicas foram comparadas com as perdas de massa gravimétricas, mostrando que o aço CA50, em comparação ao CA24, é mais suscetível à corrosão. O estudo mostrou também que aços com menor diâmetro possuem menor resistência à corrosão. Palavras-chaves: corrosão, técnicas eletroquímicas, íons cloreto.

9 ABSTRACT Corrosion of reinforcement in concrete structures constitutes one of the most serious and costly problems to be solved in construction. Currently, a number of professionals are somehow mobilized in order to prevent, control and repair concrete structures subjected or with steel corrosion. This paper presents and discusses the main results of an experimental study aimed to verify the corrosion resistance of two different types of steel, CA24 and CA50. The CA24 steel was widely used in construction of the 1930s to 1960s, and CA50 steel is the most currently employed as reinforcement of concrete structures. Besides the type of steel, the study evaluated the influence of bar diameter (5mm and 25mm ) in the process of passivation, depassivation and propagation of corrosion. For the study, steel bars 5mm and 25mm, of the CA24 and CA50 were introduced in body-of-proof molded prismatic with a reference concrete. The bodies of the specimen underwent regular cycles of immersion in NaCl solution with 2 % concentration and drying. Were also shaped bodies-specimens with 3% sodium chloride in the mixing water by mass of cement. These remained initially in place with controlled humidity 55 ± 15 % and subsequently passed through cycles of immersion in clean water and drying. Monitoring for 210 days, the corrosion was evaluated by the electrochemical corrosion potential measurements (Ecorr) and polarization resistance (i corr ). The concrete was monitored by measurements of surface resistivity (ρ). Before corrosion valuation, metallographic tests, chemical composition and mechanical tests for steel characterization were performed. The electrochemical mass loss were compared with the gravimetric weight loss, showing that steel CA50 to CA24 in comparison, is more susceptible to corrosion. The study also showed that steels with smaller diameter have lower corrosion resistance. Keywords: corrosion, electrochemical techniques, chloride ions.

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO IMPORTÂNCIA E JUSTIFICATIVA DO TEMA OBJETIVO ESTRUTURA DO TRABALHO 24 2 CONCRETO ARMADO RESISTÊNCIA MECÂNICA DO CONCRETO Resistência da pasta Resistência do Agregado Graúdo Resistência da ligação entre a pasta e o agregado DURABILIDADE DO CONCRETO VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO PASSIVAÇÃO DA ARMADURA 42 3 CORROSÃO DA ARMADURA NO CONCRETO TIPOS DE CORROSÃO FATORES QUE INFLUENCIAM A INICIAÇÃO DA CORROSÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE Difusão iônica Absorção capilar Permeabilidade Migração iônica ou Eletro-migração DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS POR ÍONS CLORETO Teor crítico de cloretos FATORES QUE INFLUENCIAM A PROPAGAÇÃO DA CORROSÃO Concentração de íons cloreto Umidade Temperatura 63

11 4 TÉCNICAS EMPREGADAS PARA AVALIAÇÃO DA PROPAGAÇÃO DA CORROSÃO POTENCIAL DE CORROSÃO CURVAS DE POLARIZAÇÃO RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO IMPEDÂNCIA ELETROQUÍMICA RUÍDO ELETRÔNICO RESISTIVIDADE 68 5 AÇO CARBONO PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO CARBONO MICROESTRUTURA DO AÇO CARBONO DIAGRAMA DE FASES FE - C Constituintes estruturais dos aços Ferrita Austenita Cementita Perlita Martensita 79 6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL MATERIAIS Materiais utilizados na confecção do concreto de referência Armadura DEFINIÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA Traço Moldagem, cura e armazenamento dos corpos-de-prova Quantidade e distribuição dos corpos-de-prova VARIÁVEIS ANALISADAS E EQUIPAMENTOS EMPREGADOS Variáveis avaliadas Variáveis independentes Variáveis dependentes Equipamentos empregados Procedimento de medida da i corr e Ecorr 91

12 6.3.4 Procedimento de medida da resistividade superficial do concreto AVALIAÇÕES REALIZADAS Avaliação da resistência dos aços à corrosão devido à presença de cloretos na água de amassamento Avaliação da resistência dos aços a corrosão devido a ciclos de imersão em solução com NaCl APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS Caracterização do cimento Caracterização do agregado graúdo Caracterização do agregado miúdo Resistência do concreto à compressão Caracterização das armaduras Metalografia Composição química Dureza Propriedades mecânicas RESISTÊNCIAS DOS AÇOS À CORROSÃO DEVIDO AOS CLORETOS Influência do tipo do aço na resistência a corrosão Influência do diâmetro do aço na resistência à corrosão RELAÇÕES ENTRE AS MEDIDAS ELETROQUÍMICAS Correlação entre a i corr e a resistividade Correlação entre a i corr e o Ecorr Correlação entre o Ecorr e a resistividade PERDA DE MASSA GRAVIMÉTRICA VERSUS ELETROQUÍMICA Influência do diâmetro do aço na perda de massa eletroquímica Influência da classe do aço na perda de massa eletroquímica Influência do diâmetro do aço na perda de massa gravimétrica Influência da classe do aço na perda de massa gravimétrica CONSIDERAÇÕES FINAIS CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 148

13 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 149

14 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Lei da evolução de custos (SITTER, 1984). 23 Figura Relação porosidade e resistência de cimentos submetidos à cura em condições normais e cura em auto-clave e agregados (Verbeck & Helmuth,1968). 27 Figura Influência da relação água cimento e idade de cura sobre a resistência do concreto (Mehta & Monteiro, 2008). 28 Figura Influência da finura do cimento na resistência mecânica (MEHTA & MONTEIRO, 2008). 29 Figura Influência da composição do cimento na resistência mecânica e suas composições químicas (MEHTA & MONTEIRO, 2008). 30 Figura Influência dos ciclos de cura na resistência à compressão dos concretos (BATTAGIN, 2002). 31 Figura Influência da relação água cimento e ar incorporado na resistência do concreto. (MEHTA & MONTEIRO, 2008). 33 Figura Influência da adição de escória de alto forno na resistência do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 2008). 34 Figura Influência da adição de microsílica e da relação água/cimento na resistência do concreto (VIEIRA, F.M.P.). 34 Figura Influência da dimensão do agregado e relação água cimento na resistência do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 2008). 36 Figura Modelo de vida útil proposto por Tuutti (1982). 40 Figura Conceituação de vida útil das estruturas de concreto tomando-se por referência o fenômeno da corrosão das armaduras (HELENE, 1993). 41 Figura Diagrama de equilíbrio termodinâmico, potencial versus ph, para o sistema Fe H 2 O a 25 o C (Pourbaix,1974). 44

15 Figura Célula ou pilha galvânica formada a partir de dois metais de eletronegatividade distintas 47 Figura Representação de uma pilha de corrosão em um mesmo metal (FIGUEIREDO, 2011). 48 Figura 3.3 Tipos de corrosão (FELIU, 1984) 49 Figura 3.4 Carga passante x relação água cimento para uma mesma consistência (MEDEIROS; HELENE, 2003). 56 Figura 3.5 Migração de íons cloreto x relação água/cimento (REGATTIERI, 1998). 57 Figura Formação do pite de corrosão pela ação dos cloretos (TREADAWAY, 1988). 58 Figura Esquema de variação do teor crítico de cloretos em função da qualidade do concreto e umidade do ambiente (CEB-FIB, 1992). 59 Figura Diagramas de Evans mostrando a influência dos processos de controle catódico, anódico, misto e por resistência sobre a intensidade de corrosão (FIGUEIREDO, 1994). 61 Figura Teor de umidade dos poros do concreto em função da umidade do ambiente (ANDRADE, 1988). 62 Figura Efeito da variação da temperatura na penetração de cloretos em concretos convencionais (a) e em concretos resistentes a sulfatos (b) (AL-KHAJA, 1997). 63 Figura Critérios de avaliação da corrosão através de medidas de potencial de corrosão (ASTM C-876, 2009). 64 Figura Nível de corrosão em função da corrente icorr (DURAR, 1997). 66

16 Figura 4.3 Esquema para determinação da resistividade: método dos dois eletrodos (MILLARD, 1991). 69 Figura Esquema para a determinação da resistividade: método de Wenner (adaptação da Figura de GOWERS & MILLARD, 1999; DARBY et al, 1999). 70 Figura 4.5 Esquema para a determinação da resistividade elétrica volumétrica do concreto segundo NBR 9204 (2012). 71 Figura Correlação entre a densidade de corrosão e a resistividade do concreto (ANDRADE, 1992). 72 Figura Ilustração da estrutura Cúbica de Corpo Centrado - CCC (a) e da estrutura Cúbica de Face Centrada CFC (b) (Adaptado de TOTTEN, 2006). 74 Figura Diagrama de Fases para o Sistema Fe-C com teor de 6,67% de Carbono (Adaptado do ASM HANDBOOK, 1985). 75 Figura 5.3 Aço de teor de carbono extra baixo. Grãos de ferrita e pequenas inclusões não metálicas (COLPAERT, 2008). 76 Figura 5.4 Formação de grão austenítico a partir de uma estrutura ferrítica. (COLPAERT, 2008). 77 Figura Microestrutura composta de ferrita poligonal e pequenos grãos de cementita globular (COLPAERT, 2008). 77 Figura Estrutura perlítica de um aço com 0,75% de carbono. Reagente: Picral. Aumento 500x (KRAUSS, 2005). 78 Figura 5 7 Martensita (COLPAERT, 2008). 79 Figura Procedimento para preparação das barras de aço. 82

17 Figura Processo de limpeza das barras de aço: (a) Imersão em solução de ácido clorídrico, água destilada e inibidor de corrosão; (b) Limpeza com escova com cerdas de plástico; (c) Imersão em acetona; (d) - Secagem. 83 Figura 6.3 Aferição do peso da barra 83 Figura Armazenamento das barras antes da colocação das barras nas formas. 84 Figura Detalhe das barras de aço com as áreas de estudo delimitadas com fitas isolantes 84 Figura Esquema das dimensões do corpo-de-prova prismático para o aço com 5 mm de diâmetro. 86 Figura Esquema das dimensões do corpo-de-prova prismático para o aço com 25 mm de diâmetro 86 Figura Esquema contendo a quantidade de corpos de prova para cada tipo de ensaio do experimento. 87 Figura Aparelho GECOR6 utilizado na obtenção das medidas eletroquímicas. 89 Figura Desenho esquemático dos eletrodos de referência localizados no sensor A. 90 Figura 6.11 Utilização do GECOR6 no monitoramento da i corr e Ecorr. 92 Figura Utilização do GECOR 6 no monitoramento da resistividade elétrica do concreto. 93 Figura Esquema da avaliação de resistência dos aços á corrosão devido à presença de cloretos na água de amassamento. 95 Figura Esquema da avaliação de resistência dos aços à corrosão devido a ciclos de imersão em solução com NaCl. 96

18 Figura 6.15 Rompimento dos corpos-de-prova. 96 Figura 7.1 Metalografia do aço CA24 com bitola de 5mm. 102 Figura 7.2 Metalografia do aço CA24 com bitola de 25mm. 102 Figura 7.3 Metalografia do aço CA50 com bitola de 5mm. 102 Figura 7.4 Metalografia do aço CA50 com bitola de 25mm. 103 Figura 7.5 Densidade de corrente de corrosão versus tempo para os aços CA24 e CA50 de 5mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 109 Figura 7.6 Densidade de corrente de corrosão versus tempo para os aços CA24 e CA50 de 25mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 110 Figura 7.7 Densidade de corrente de corrosão versus tempo para os aços CA24 e CA50 com diâmetro de 5mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 111 Figura 7.8 Densidade de corrente de corrosão versus tempo para os aços CA24 e CA50 com diâmetro de 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 111 Figura 7.9 Diferença de potencial versus tempo para os aços CA24 e CA50 com diâmetro de 5mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 113 Figura 7.10 Diferença de potencial versus tempo para os aços CA24 e CA50 com diâmetro de 25mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 114 Figura 7.11 Diferença de potencial versus tempo para os aços CA24 e CA50 com diâmetro de 5mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 116 Figura 7.12 Diferença de potencial versus tempo para os aços CA24 e CA50 com diâmetro de 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. _ 117

19 Figura 7.13 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova com os aços CA24 e CA50, com diâmetro de 5mm, e submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 118 Figura 7.14 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova com os aços CA24 e CA50 de diâmetro de 25mm, e submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 119 Figura 7.15 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova para os aços CA24 e CA50 com diâmetro de 5mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 119 Figura 7.16 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova com os aços CA24 e CA50, com diâmetro de 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 120 Figura 7.17 Intensidade de corrente de corrosão versus tempo para o aço CA24 com diâmetros de 5mm e 25mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 121 Figura 7.18 Intensidade de corrente de corrosão versus tempo para o aço CA50 com diâmetros de 5mm e 25mm, submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 122 Figura 7.19 Intensidade de corrente de corrosão versus tempo para o aço CA24 com diâmetros de 5mm e 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 123 Figura 7.20 Intensidade de corrente de corrosão versus tempo para o aço CA50 com diâmetros de 5mm e 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 124 Figura 7.21 Diferença de potencial versus tempo para o aço CA24 com diâmetros de 5mm e 25mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 125

20 Figura 7.22 Diferença de potencial versus tempo para o aço CA50 com diâmetros de 5mm e 25mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 125 Figura 7.23 Diferença de potencial versus tempo para o aço CA24 com diâmetros de 5mm e 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 126 Figura 7.24 Diferença de potencial versus tempo para o aço CA50 com diâmetros de 5mm e 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 127 Figura 7.25 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova com o aço CA24 de diâmetros de 5mm e 25mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 128 Figura 7.26 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova com o aço CA50 de diâmetros de 5mm e 25mm submetidos a ciclos de imersão em solução com 2% de NaCl e secagem. 128 Figura 7.27 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova com o aço CA24 de diâmetros de 5mm e 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 129 Figura 7.28 Resistividade superficial do concreto versus tempo dos corpos-deprova com o aço CA50 de diâmetros de 5mm e 25mm em concreto contaminado com 3% de NaCl. 130 Figura 7.29 Correlação entre a densidade de corrente (i corr ) e a resistividade superficial do concreto (ρ) para as armaduras que sofreram ciclos de imersão em solução de NaCl com 2% de concentração: (a) aço CA24-5mm; (b) aço CA24 25mm; (c) aço CA50 5mm e (d) aço CA50 25mm. 134 Figura 7.30 Correlação entre a densidade de corrente (i corr ) e a resistividade superficial do concreto (ρ) para as armaduras em concreto

21 contaminado: (a) aço CA24-5mm; (b) aço CA24 25mm; (c) aço CA50 5mm e (d) aço CA50 25mm. 135 Figura 7.31 Correlação entre a densidade de corrente (i corr ) e a diferença de potencial (Ecorr) para as armaduras que sofreram ciclos de imersão em solução de NaCl com 2% de concentração: (a) aço CA24-5mm; (b) aço CA24 25mm; (c) aço CA50 5mm e (d) aço CA50 25mm. _ 137 Figura 7.32 Correlação entre a densidade de corrente (i corr ) e a diferença de potencial (Ecorr) para as armaduras em concreto contaminado: (a) aço CA24-5mm; (b) aço CA24 25mm; (c) aço CA50 5mm e (d) aço CA50 25mm. 138 Figura 7.33 Correlação entre a diferença de potencial (Ecorr) e a resistividade superficial do concreto (ρ) para as armaduras que sofreram ciclos de imersão em solução de NaCl com 2% de concentração: (a) aço CA24-5mm; (b) aço CA24 25mm; (c) aço CA50 5mm e (d) aço CA50 25mm. 139 Figura 7.34 Correlação entre a diferença de potencial (Ecorr) e a resistividade superficial do concreto (ρ) para as armaduras em concreto contaminado: (a) aço CA24-5mm; (b) aço CA24 25mm; (c) aço CA50 5mm e (d) aço CA50 25mm. 140 Figura 7.35 Comparação entre as perdas de massa gravimétricas e eletroquímicas das armaduras que continham cloreto na água de amassamento (A), e que sofreram ciclos de imersão em solução com NaCl (I). 141

22 LISTA DE TABELAS Tabela Classes de agressividade ambiental 38 Tabela Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para c = 10 mm (NBR 6118, 2007). 38 Tabela Abertura máxima de fissuras em estruturas de concreto armado e protendido em função da classe de agressividade ambiental (NBR 6118, 2007) 38 Tabela Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto (NBR 6118, 2007). 39 Tabela 2.5 Categorias de vida útil de projeto para edificações (BSI, 1992). 41 Tabela Coeficiente de difusão de cloretos, a 25 o C em pastas de cimento com relação água/cimento igual a 0,5. (PAGE et al.,1981) 53 Tabela Valores da condutividade iônica de diversos íons a diluição infinita e a 25 o C (BANFILL, 1994). 55 Tabela 3.3 Teor critico de cloretos 60 Tabela 4.1 Critérios de avaliação do concreto armado quanto à probabilidade de corrosão devido à resistividade do concreto CEB Tabela Propriedades físicas do cimento. 98 Tabela 7.2 Propriedades físicas do agregado graúdo. 98 Tabela 7.3 Propriedades físicas do agregado miúdo 99 Tabela Resultados dos ensaios de resistência à compressão em corpos-deprova cilíndricos. 100 Tabela 7.5 Composição química das barras de aço CA24 e CA Tabela Resultado do ensaio de dureza Vickers. 106 Tabela 7.7 Propriedades mecânicas dos aços CA24 e CA50 107

23 22 1 INTRODUÇÃO 1.1 IMPORTÂNCIA E JUSTIFICATIVA DO TEMA O concreto armado é uma associação de materiais, concreto mais aço, que fornece um material construtivo relativamente barato se comparado aos demais, com boa resistência à água, grande estabilidade dimensional, possuindo inúmeras possibilidades de tamanhos e formas e, principalmente, com alta capacidade de suportar esforços, tanto de tração quanto de compressão. Andrade (1992) cita que devido a compatibilidade química entre esta associação de materiais, o concreto oferece um ambiente propicio à durabilidade do aço nele imerso, e destaca ainda que a alta alcalinidade do concreto, que mantem o aço em seu estado passivo, é gerada devida ao hidróxido de cálcio produzido nas reações de hidratação e aos hidróxidos de potássio e sódio originários dos álcalis. Por esses motivos, o concreto armado chegou a ser considerado como o material definitivo na construção civil, aliando durabilidade e resistência. Porém, com o passar dos anos, a durabilidade do concreto armado, que antes era considerada ilimitada, começou a ser questionada em razão do surgimento de inúmeras manifestações patológicas que começaram a deteriorar as estruturas de concreto, sendo a principal delas a corrosão das armaduras (ROSENBERG et al, 1989). No contexto da Patologia das Construções, a corrosão de armaduras em estruturas de concreto constitui-se em um dos problemas mais sérios, complexos, incidentes e onerosas de ser sanado. Atualmente, vários segmentos da engenharia civil estão de certa forma, mobilizados no sentido de prevenir, controlar e reparar este fenômeno tão danoso, e que tanto prejuízo econômico traz para a sociedade, de uma forma geral. Segundo Sitter (1984), os custos das medidas de intervenção em estruturas crescem em projeção geométrica de razão 05 (cinco), quando adiados em relação ao custo de uma medida preventiva na etapa de projeto. A Figura 1.1 permite uma melhor visualização desta evolução dos custos.

24 23 Figura 1.1 Lei da evolução de custos (SITTER, 1984). A corrosão das armaduras é um processo eletroquímico que ocorre naturalmente, conduzindo a formação de óxidos e hidróxidos de ferro com volume muito superior ao volume do metal de origem. Este aumento de volume cria tensões internas no concreto que levam ao surgimento de manchas superficiais, fissuras, destacamento do cobrimento, perda de aderência entre o concreto e a armadura, e perda de seção da armadura, podendo levar à instabilidade e ao colapso de uma edificação. O inicio e a propagação da corrosão tem como principais causas a perda de alcalinidade do concreto (deterioração por carbonatação), e o ataque por cloretos (GONZALEZ et al, 1998) que, na presença de umidade e oxigênio, podem levar à corrosão da armadura e aos produtos da corrosão. Devido ao processo de corrosão, várias edificações de valores, não apenas econômicos, mas também, socioculturais, precisam sofrer um processo de restauração. Nesse processo, houve a necessidade da utilização de materiais diferentes dos originais, por dois motivos, ou porque os materiais originais não são mais fabricados atualmente, ou devido à existência de novos materiais com tecnologia mais avançada. Um desses materiais é o aço, que compõe o concreto armado. Antigamente, era utilizado o CA24, mais conhecido como ferro doce, que foi

25 24 amplamente utilizado nas décadas de 50 e 60. Todavia, ele não é mais fabricado no Brasil. Atualmente, o CA50 é o aço mais largamente utilizado na construção civil no Brasil, inclusive em obras de restauração de edificações. Existem inúmeros trabalhos realizados, nacionalmente e internacionalmente que estudam a corrosão das armaduras das estruturas de concreto levando em consideração apenas características próprias do concreto, tais como a presença de contaminantes, espessura de cobrimento e porosidade do concreto. Porém, ainda são poucos os trabalhos que contemplam a participação da variável tipo e diâmetro do aço no mecanismo de corrosão. As características e condições do meio (concreto) que envolvem a armadura são muito importantes para a sua proteção ou para o desenvolvimento da corrosão. A partir do momento que ocorre a despassivação da armadura, a variável aço passa a ter uma influência no desenvolvimento dos processos corrosivos, uma vez que os diferentes tratamentos térmicos e mecânicos, por que passam as armaduras, bem como a composição química variada, alteram a microestrutura do material, tornando-o mais ou menos susceptível à corrosão. Por esta razão não são incomuns os casos práticos em que se observam aços menos processados industrialmente, em obras antigas, praticamente sem apresentar corrosão, enquanto aços com elevada energia de produção, de altas dureza e resistência mecânica, mostram sinais visíveis e acentuados de corrosão, mesmo em estruturas de concreto relativamente novas e muitas vezes contendo até concretos mais nobres. 1.2 OBJETIVO Este trabalho teve como objetivo específico determinar o desempenho e o comportamento de dois tipos de aço, o CA24 e o CA50 na fase de passivação e de propagação da corrosão, frente ao ataque de íons cloreto, em estruturas de concreto armado, com o intuito de revelar qual é o aço mais suscetível à corrosão. Além do tipo de aço, o estudo avaliou a influência do diâmetro da barra nestes processos e, para isso, foram adotados dois diâmetros de barras distintos, de 5mm e 25mm. 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO O presente trabalho está dividido em nove capítulos, onde os cinco primeiros apresentam uma introdução e uma revisão bibliográfica para melhor

26 25 entendimento desta pesquisa, enquanto os três últimos apresentam o programa experimental, seus resultados e análises e as considerações finais. No segundo capítulo é abordado o tema das estruturas de concreto, onde é dissertado assuntos tais como a resistência mecânica do concreto, a durabilidade do concreto a vida útil das estruturas de concreto e por fim a passivação da armadura. O terceiro capítulo aborda o tema da corrosão das armaduras, caracterizando os tipos de corrosão existentes, os fatores que influenciam a iniciação e a propagação da corrosão, os mecanismos de transporte e a despassivação das armaduras por íons cloreto. No quarto capítulo são expostas as diferentes técnicas empregadas para avaliação da propagação da corrosão, como o potencial de corrosão, a curva de polarização, a resistência de polarização, a impedância eletroquímica, a medida de intensidade galvânica e o ruído eletrônico. No quinto capítulo é detalhado o processo de fabricação do aço, sua microestrutura e o seu diagrama de fases, além de mostrar os constituintes estruturais e de equilíbrio do aço. No sexto capítulo são detalhados os procedimentos adotados na metodologia experimental para obtenção dos objetivos da dissertação. No capítulo sete são apresentados os resultados obtidos nesta dissertação, onde também são discutidos e analisados. No oitavo capítulo são apresentadas as conclusões relacionadas ao objetivo desta dissertação, assim como sugestões para futuras pesquisas. As referências bibliográficas citadas na presente dissertação são listadas no final do trabalho.

27 26 2 CONCRETO ARMADO 2.1 RESISTÊNCIA MECÂNICA DO CONCRETO Segundo Mehta & Monteiro (2008) a resistência de um material é definida como a capacidade para resistir à tensão sem se romper, e é por esse motivo que resistência do concreto é uma das propriedades mais valorizadas pelos projetistas, uma vez que a resistência mecânica do concreto é verificada através de sua capacidade de suportar determinada tensão de compressão, sendo essa a sua principal característica. Mehta & Monteiro (2008) ainda dizem que esta resistência depende de três fatores básicos, que são a resistência da pasta, a resistência do agregado, e a resistência da ligação entre a pasta e o agregado, e complementa dizendo que no concreto onde há agregado de alta resistência e pasta com baixa porosidade, a resistência do material será governada pela resistência da zona de transição e da matriz. De acordo com os estudos de Abrams (1918), a porosidade da zona de transição e da matriz determina a resistência dos concretos, e a relação água/cimento tem influência fundamental nesta resistência. A maioria das propriedades mecânicas do concreto, de acordo com Aitcin (2000), está relacionada à resistência da pasta de cimento hidratada (CSH), e que a elevada relação água/cimento gera, microestruturalmente, uma zona de transição com um maior grau de porosidade em torno do agregado. Outro fator importante responsável de resistência do concreto, segundo Neville (1997) é a aderência entre o agregado e a pasta de cimento. Um agregado com uma superfície mais áspera promove um intertravamento mecânico maior entre o agregado e a pasta de cimento hidratada, resultando assim em uma melhor aderência. Neville ainda complementa que a relação água/cimento e o grau de adensamento são responsáveis de modo geral pela resistência do concreto. Segundo Cabral (2007), se no rompimento de um corpo de prova houver alguns agregados rompidos é sinal que há uma boa aderência entre a pasta e o

28 27 agregado, contudo, se a quantidade de agregados rompidos for muito elevada, pode significar baixa resistência do agregado. A característica de resistência mecânica dos sólidos a diversos tipos de esforços depende principalmente da porosidade do mesmo. Segundo Neville (1982), existe uma relação inversamente proporcional entre porosidade e resistência dos sólidos. A mesma relação resistência versus porosidade, como observado na Figura 2.1. Figura Relação porosidade e resistência de cimentos submetidos à cura em condições normais e cura em auto-clave e agregados (Verbeck & Helmuth,1968). De acordo com Powers (1968), a resistência à compressão do concreto após 28 dias está relacionada à razão entre o produto dos sólidos de hidratação no sistema e o espaço total (Equação 2). Ou seja, a porosidade da matriz na pasta de cimento e da zona de transição na interface entre matriz e agregado graúdo, normalmente determinam a resistência característica do concreto. f c = k 1. ( 0,68 α 0,32α+ a c )k 2 (Equação 2) Onde: f c = resistência à compressão α = grau de hidratação do cimento k 1 = constante que depende dos materiais k 2 = constante que depende dos materiais a/c = relação água/cimento em massa

29 Resistência da pasta Como dito anteriormente, a resistência do concreto depende de três fatores básicos, que são a resistência do agregado, a resistência da pasta, e a resistência da ligação entre a pasta e o agregado. Ou seja, para se atingir a resistência desejada, é necessário observar, não somente a dosagem dos elementos que compõem o concreto, mas também as suas características particulares. Pode-se destacar, entre os fatores que influenciam na resistência mecânica da pasta, a relação água/cimento, o tipo do cimento, as condições de cura, o adensamento da pasta, e a qualidade da água. Quando se trata de resistência à compressão, a resistência da pasta é o fator determinante. Como mostrado anteriormente, a resistência e a porosidade são grandezas inversamente proporcionais, e como a porosidade depende da relação água/cimento, pode-se dizer que para um mesmo tipo de cimento a resistência da pasta depende principalmente da relação água/cimento (Figura 2.2). Figura Influência da relação água cimento e idade de cura sobre a resistência do concreto (Mehta & Monteiro, 2008).

30 29 Abrams, em 1918, foi o primeiro que reconheceu esta relação de dependência. Abrams demonstrou que a resistência do concreto dependia das propriedades da pasta endurecida, a qual, por sua vez, estava em função da relação água/cimento. Observou que quanto menor a relação água/cimento, maior era resistência da pasta de cimento endurecida. O grau de hidratação do cimento tem um efeito direto na porosidade do mesmo, e consequentemente em sua resistência. Quanto mais fino o cimento se apresentar, maior será a sua superfície de contato com a água, sendo assim, maior será sua reação de hidratação, e maior será a sua resistência (Figura 2.3). Figura Influência da finura do cimento na resistência mecânica (MEHTA & MONTEIRO, 2008). A composição química do cimento também tem fator de extrema importância na resistência do concreto, uma vez que a quantidade e a velocidade dos produtos sólidos que são formados na reação de hidratação, dependem das características químicas dos elementos que compõem o cimento (MEHTA & MONTEIRO, 2008). O cimento Portland Tipo III ASTM, que é considerado o mais fino, hidratase mais rapidamente que os outros tipos, tendo assim uma porosidade inicial mais baixa e uma resistência mecânica inicial (nos primeiros 7 dias) mais alta (MEHTA & MONTEIRO, 2008). O desenvolvimento de resistência inicial, se comparada com tipos de cimento IV, V e cimentos com escória de alto forno, são mais lentos até 28

31 30 dias. Contudo, estas diferenças normalmente desaparecem após essa idade. (Figura 2.4) Concretos feitos com cimento que possuem maior quantidade de Silicato de Tricálcio (C 3 S) endurecem rapidamente tendo uma alta resistência inicial. Porém, apesar de ganhar resistência à compressão de maneira rápida no início, o ganho, em longo prazo, é considerado muito pequeno, principalmente se comparado ao cimento que possui elevado índice de Silicato Bicálcio (C 2 S), o qual, apesar de possuir um endurecimento inicial mais lento, e baixa resistência à compressão nos primeiros dias, apresenta um ganho de resistência muito maior em longo prazo, como revelado no gráfico da Figura 2.4 (MEHTA & MONTEIRO, 2008). Figura Influência da composição do cimento na resistência mecânica e suas composições químicas (MEHTA & MONTEIRO, 2008). Outro fator a ser considerado na obtenção da resistência do concreto é a sua cura. A cura do concreto tem como objetivo hidratar o máximo possível o grão de cimento e reduzir a retração do concreto. Na cura, há o envolvimento de um conjunto de fatores que influenciam na hidratação do cimento, como o tempo, a temperatura e a umidade (BATTAGIN, 2002). Resultados obtidos em ensaios demonstram que, de maneira geral, quanto maior o tempo de permanência do concreto em cura úmida, maior é o ganho de resistência à compressão, mesmo que estes possuam relações água cimento diferentes, independentemente de seu nível de resistência (Figura 2.5). É possível

32 31 visualizar no gráfico da Figura 2.5, que os concretos feitos de cimentos da classe CP II F 32, que possuem baixa relação água/cimento, ganham mais resistência ao longo do tempo em comparação aos que possuem maior relação água/cimento (BATTAGIN, 2002). Figura Influência dos ciclos de cura na resistência à compressão dos concretos (BATTAGIN, 2002). O adensamento da pasta também tem valor significativo para obter a resistência desejada no concreto. A finalidade do adensamento do concreto é alcançar a maior compacidade possível do concreto. Quando o concreto é recémcolocado na fôrma, pode haver um volume de bolhas entre 5 % a 20 % do volume total. Os volumes são maiores em concretos de alta trabalhabilidade e menores nos concretos mais secos, com menor abatimento. A vibração tem o efeito de fluidificar a pasta da mistura, diminuindo o atrito interno e acomodando o agregado graúdo. A vibração expele quase todo o ar aprisionado, mas normalmente, não se consegue a expulsão total desse ar. A baixa qualidade no processo de adensamento do concreto produz o aparecimento de vazios, e traz como consequência a diminuição da resistência

33 32 mecânica, aumento da permeabilidade e porosidade, bem como, falta de homogeneidade da estrutura. A qualidade da água a ser usada na fabricação do concreto também pode influenciar não só a resistência, como também, a sua durabilidade. Água contendo um grau elevado de impurezas pode afetar o tempo de pega do concreto, causar eflorescência e, ainda, a corrosão da armadura de aço. A qualidade da água especificada para o amassamento é a mesma da água de beber, e fornecida pela rede de água potável. Contudo, a água levemente ácida alcalina, salgada, salobra, turva e mal cheirosa não deve ser rejeitada de imediato. É necessário, antes de rejeitá-la, fazer ensaios com corpos de prova, e verificar se entre 7 e 28 dias, ela possui pelo menos 90% da resistência dos corpos de prova feitos com água limpa. É importante também verificar se o tempo de pega não está sendo muito afetado. A presença de aditivos e de adições na pasta de concreto pode alterar a sua resistência característica. Os aditivos são substâncias adicionadas no concreto, na fase de preparo (imediatamente antes ou durante o amassamento) com objetivos definidos. Os aditivos não transformam um concreto mal dosado em bom concreto, eles apenas melhoram certas características do concreto. Existem aditivos de ação física, como é o caso dos incorporadores de ar e dos plastificantes, que melhoram a trabalhabilidade. Existem ainda os de ação química, como é o caso dos aceleradores que facilitam a dissolução da cal e da sílica nos silicatos, e da alumina nos aluminatos. E por último os de ação físicoquímica, como é o caso dos retardadores, que retardam a reação entre a água e o grão de cimento. Os aditivos podem tanto melhorar quanto piorar a resistência do concreto, dependerá da finalidade do aditivo e da sua dosagem. Alguns aditivos, como é o caso dos aditivos incorporadores de ar, possuem um efeito negativo em relação a ganho de resistência, principalmente em concretos de alto desempenho, pois eles aumentam no sistema a quantidade de ar, e consequentemente acaba aumentando a porosidade do concreto (Figura 2.6).

34 33 Figura Influência da relação água/cimento e ar incorporado na resistência do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 2008). Normalmente, aditivos redutores de água, ou seja, plastificantes, têm uma influência positiva nas taxas de hidratação do cimento e desenvolvimento de resistência inicial. As adições são materiais predominantemente silicosos finamente divididos, normalmente adicionados ao concreto em quantidades relativamente elevadas, que variam de 5 a 75% por massa do material. Segundo Mehta & Monteiro (1994), as adições podem ser classificadas de acordo com as suas características pozolânicas e/ou cimentares em quatro tipos: cimentares e pozolânicas (escória granulada e cinzas volantes com alto teor de cálcio), pozolânicas altamente reativas (sílica ativa condensada e cinza de casca de arroz), pozolânicas comuns (materiais naturais e cinza volante com baixo teor de cálcio) e pozolanas pouco reativas (escória de alto forno resfriada lentamente, cinzas de forno, escória de caldeira, palha de arroz queimada em campo). Muitas propriedades do concreto são melhoradas com combinações entre cimento Portland e adições minerais. Os principais benefícios obtidos com o uso das adições minerais no concreto incluem melhor resistência à fissuração térmica devido ao baixo calor de hidratação, aumento da resistência final e impermeabilidade devido ao refinamento dos poros, fortalecimento da zona de transição na interface, e uma durabilidade muito maior no que diz respeito ao ataque por sulfato.

35 34 A influência das adições minerais na resistência mecânica do concreto fica evidente em ensaios com adições de escória de alto forno, onde a incorporação deste material no cimento, produz uma maior ganho de resistência no concreto após o sétimo dia, como mostrado na Figura 2.7. Figura Influência da adição de escória de alto forno na resistência do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 2008). A adição de cerca de 10% de microsílica na mistura produz um ganho de resistência de concreto à compressão de até 14,1% conforme a relação água/cimento (Figura 2.8). Figura Influência da adição de microsílica e da relação água/cimento na resistência do concreto (VIEIRA, 2008).

36 Resistência do Agregado Graúdo Segundo a NBR 7211 (ABNT, 2005), o agregado graúdo é o pedregulho ou a brita proveniente de rochas estáveis, ou mistura de ambos, cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada com abertura nominal de 152 m e ficam retidos na peneira ABNT 4,8 m. Mehta & Monteiro (2008), dizem que de acordo com as características do agregado, pode haver uma variação na resistência do concreto, e que é necessário observar o tamanho, a forma, a textura superficial, a resistência, a porosidade e a capacidade de absorção de água do agregado, pois estes fatores podem influenciar em diferentes graus a resistência mecânica do concreto. Os agregados podem ser classificados segundo a sua origem, como agregados minerais naturais, procedentes de jazidas naturais, ou agregados artificiais, provenientes de materiais termicamente processados, como a argila, ou produzidos a partir de rejeitos industriais, como a escória de alto forno e as cinzas volantes. Segundo Mehta & Monteiro (2008), a resistência mecânica do agregado é influenciada pela sua porosidade. Agregados minerais naturais como basalto, granito, rochas plutônicas, arenito quartzítico e calcários densos, nos quais possuem baixo grau de porosidade, possuem resistência mecânica variando de 210MPa a 310MPa. Observa-se como ilustrado na Figura 2.9, que normalmente, a resistência mecânica a compressão de concretos de alta resistência (baixa relação a/c), é positivamente afetada pela diminuição do agregado, ou seja, para o concreto com menor relação água/cimento, a diminuição do agregado graúdo gera um concreto de maior resistência. No entanto, quando a relação água/cimento for elevada, o tamanho do agregado pouco interfere na resistência do concreto.

37 36 Figura Influência da dimensão do agregado e relação água cimento na resistência do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 2008) Resistência da ligação entre a pasta e o agregado A relação água/cimento pode influenciar na resistência da ligação entre pasta e agregado. Como visto anteriormente, Abrams explica a influência da relação água/cimento sobre a resistência da pasta. Contudo, não explica a influência da relação água/cimento na resistência da zona de transição. Segundo Mehta & Monteiro (2008), a resistência da pasta em concretos de baixa e média resistência são determinados pela porosidade da zona de transição, mantendo-se a influência direta entre a relação água/cimento e a resistência do concreto. Porém, em misturas de alto desempenho, para fatores a/c menores que 0,3, há aumentos consideravelmente elevados na resistência a compressão para reduções muito pequenas na relação a/c. Este fenômeno é atribuído a uma significativa melhoria na resistência da zona de transição, ou seja, a relação a/c, também é um dos principais fatores que determinam a resistência da ligação pasta/agregado. Outro fator que influência na resistência da ligação entre pasta e o agregado é a textura do agregado. Agregados com textura mais rugosa apresentarão uma resistência mecânica do concreto um pouco maior nas primeiras idades, se comparado com o agregado liso, devido a uma ligação física maior entre o agregado e a pasta. Porém, o concreto com agregado rugoso normalmente

38 37 necessitará um pouco mais de água de amassamento para se obter trabalhabilidade desejada, ou seja, a pequena vantagem da ligação física entre pasta e agregado pode ser prejudicada no que se refere à resistência integral (AITCIN, 2000). 2.2 DURABILIDADE DO CONCRETO A durabilidade do concreto pode ser traduzida como a capacidade que um material tem de suportar as exigências impostas, técnicas ou subjetiva (satisfação do usuário), quando exposto a um meio ambiente previamente determinado, durante um determinado período de tempo previsto na sua concepção. A definição de durabilidade para a norma E 632 (ASTM, 1996), de forma ampla, é a capacidade de manter em serviço, durante um tempo especificado, um produto, componente, conjunto ou construção (FIGUEIREDO, 1994). Helene (1998) diz que uma mesma estrutura pode ter diferentes comportamentos quanto à durabilidade, não sendo uma propriedade inerente ou intrínseca à estrutura e sim ao resultado da interação do concreto com o ambiente e as condições de uso. Moreira (2006) diz que considera-se durável o concreto que tem capacidade de resistir ao intemperismo, ataque químico, desgaste por abrasão ou qualquer outro processo de deterioração, retendo a sua forma original, qualidade e capacidade de utilização, quando exposto ao ambiente de trabalho. De acordo com a norma NBR 6118 (ABNT, 2007), a durabilidade da estrutura de concreto armado é tida como a capacidade da estrutura de resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração dos projetos, e ainda diz que a a durabilidade das estruturas de concreto requer cooperação e esforços coordenados de todos os envolvidos nos processos de projeto, construção e utilização. Do ponto de vista normativo, a NBR 6118 (ABNT, 2007) teve uma grande evolução em relação à norma anterior, pois introduziu dois capítulos relativos à durabilidade, definindo parâmetros de projeto em função da agressividade ambiental (Tabela 2.1), como cobrimentos nominais da armadura (Tabela 2.2), qualidade do concreto em razão da agressividade do meio, exigências quanto à

39 38 fissuração (Tabela 2.3) e a correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto (Tabela 2.4). Tabela Classes de agressividade ambiental Tabela Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para c = 10 mm - NBR 6118 (ABNT, 2007). Tabela Abertura máxima de fissuras em estruturas de concreto armado e protendido em função da classe de agressividade ambiental - NBR 6118 (ABNT, 2007). Tipo de concreto estrutural Classe de agressividade ambiental (CAA) Exigências relativas à fissuração Concreto simples CAA I a CAA IV Não há CAA I 0,4 mm Concreto armado CAA II E CAA III 0,3 mm CAA IV 0,2 mm Concreto protendido CAA I a CAA IV 0,2 mm

40 39 Tabela Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto - NBR 6118 (ABNT, 2007). A norma EN 7543 (BS, 2003) sugere uma série de conceitos e critérios de projeto para definir a durabilidade e a vida útil das edificações. Segundo ela, a durabilidade é definida como a habilidade da construção e de suas partes em desempenhar suas funções, ao longo de um período de tempo, sob a influência de agentes expositores. A norma BS 7543 ainda diz que o limite da durabilidade é atingido quando a perda de desempenho leva ao fim da vida útil de serviço. 2.3 VIDA ÚTIL DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO De acordo com a norma NBR 6118 (ABNT, 2007), a vida útil de projeto, entende-se o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais e ainda que o conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes. Dessa forma, determinadas partes das estruturas podem merecer consideração especial com valor de vida útil diferente do todo. Mehta & Monteiro (1994) dizem que uma vida útil longa é considerada sinônimo de durabilidade. Vida útil pode ser definida como o período de tempo no qual a estrutura ou componente estrutural pode cumprir sua função sem custos importantes de manutenção, o que quer dizer que a estrutura deverá estar sob manutenção preventiva, porém sem sofrer manutenção corretiva neste período.

41 40 Segundo Cabral (2000), o tempo de vida útil dependerá do critério estabelecido para determinar o grau de deterioração máximo aceitável, e este varia com a função que a estrutura desempenha. Tuutti (1982) deu uma grande contribuição para o estudo da corrosão de armaduras, quando propôs um modelo que para associa a vida útil do concreto armado com o fenômeno de corrosão da armadura (Figura 2.10). No modelo de Tuutti, a vida útil é dividida em duas fases distintas, sendo a primeira caracterizada pelo início da penetração dos agentes agressivos até o momento da despassivação da armadura (Período de Iniciação), e a segunda fase caracterizada pelo desenvolvimento das reações de corrosão (Período de Propagação). Figura Modelo de vida útil proposto por Tuutti (1982). Helene (1993) ampliou este modelo, conforme ilustra a Figura 2.11, introduzindo vários conceitos teóricos de vida útil, diferenciando-os em: vida útil de projeto, período de tempo que vai até a despassivação da armadura; vida útil de serviço, sendo o período de tempo equivalente ao período de despassivação das armaduras de concreto somado ao período de propagação da corrosão em níveis aceitáveis; vida útil residual, que equivale ao período de tempo estimado em que a estrutura ainda será capaz de desempenhar suas funções; e o conceito de vida útil total, sendo este o período de tempo desde a produção até o colapso total ou parcial da estrutura pela corrosão.

42 41 Figura Conceituação de vida útil das estruturas de concreto tomando-se por referência o fenômeno da corrosão das armaduras (HELENE, 1993). A norma BS 7543 (2003) estabelece categorias de vida útil a serem adotadas no projeto de acordo com o tipo de edificação como mostrado da Tabela 2.5. Tabela 2.5 Categorias de vida útil de projeto para edificações (BSI, 1992). Categoria Descrição Vida Útil de Projeto (anos) 1 Temporária <10 2 Vida Curta >10 Exemplos Galpões não permanentes e edificações para exposições temporárias. Salas de aula temporárias; construções para processos industriais curtos. 3 Vida Média >30 Maioria das edificações industriais 4 Vida Normal >60 Novos edifícios educacionais e de saúde 5 Vida Longa >120 Edifícios de importância politica e outras edificações de alta qualidade. Atualmente, a vida útil das estruturas de concreto pode ser estimada por um dos quatro métodos a seguir: Método Empírico: Este é o tratamento utilizado na maioria das normas brasileiras e internacionais, sendo o cobrimento da armadura o principal parâmetro de durabilidade da estrutura. A agressividade ambiental e as características do concreto passaram a ser levadas em consideração na NBR 6118 somente em 2003.

43 42 Ensaios Acelerados: A norma ASTM E632 Standard Practice for Developing Accelerated Tests to Aid Prediction of de Service Life of Building Components and Materials introduziu este método em 1978, que embora se aplique a componentes da construção, pode ser aplicada a estrutura mediante algumas considerações. Modelos numéricos e deterministas: Este mecanismo leva em consideração os mecanismos físicos que promovem a deterioração das estruturas, particularmente a corrosão da armadura e a deterioração do concreto. Contudo, não existem modeos matemáticos satisfatórios, nem para o concreto, nem para a armadura. Método Probabilístico: Seus fundamentos são similares aos dos princípios de introdução da segurança no projeto das estruturas de concreto. O método probabilístico é considerado o método mais moderno para a análise da durabilidade no projeto estrutural. Helene (1997) e Izquiedo (2003) preveem um novo estado limite, chamado estado limite de durabilidade. Pode-se observar que existe uma grande tendência internacional em se definir qual a vida útil das construções, contudo, para modelar a vida útil das armaduras de concreto, são necessários dados e modelos muito mais precisos sobre as características do concreto, ou seja, requerendo uma melhoria e uma evolução permanente de normas de projeto e de controle de qualidade da execução e de materiais (HELENE, 1997) Resumindo, para a determinação da vida útil das estruturas de concreto deve sempre ser levada em consideração a geometria da estrutura, os materiais utilizados na fabricação da estrutura, o ambiente em que se localiza a estrutura, os mecanismos de deterioração aos quais está ela exposta, a execução e a manutenção da estrutura (MEHTA & MONTEIRO, 2008) 2.4 PASSIVAÇÃO DA ARMADURA O concreto, desde que bem executado, com uma boa espessura do cobrimento, um teor de argamassa adequado e homogêneo, uma relação de a/c ideal, sem vazios de concretagem, fornece uma barreira física de proteção com baixo grau de permeabilidade, importante para a conservação da integridade da armadura. Contudo, o concreto, não se limita apenas a fornecer uma proteção de

44 43 natureza física contra elementos nocivos a armadura, ele também estabelece uma proteção de natureza química. Em ambientes de elevada alcalinidade, como é o caso do concreto, a armadura se encontra no domínio da passivação, ou seja, a basicidade do concreto é a proteção química mais importante para a armadura. (HELENE, 2003) Segundo Bertolini et al (2004), durante a hidratação do cimento, uma solução alcalina altamente porosa, principalmente de hidróxidos de potássio e de sódio, é obtida. Neste ambiente, os compostos estáveis termodinamicamente são os óxidos e hidróxidos de ferro. Por conseguinte, numa armadura, embutida em concreto alcalino, uma fina película óxido protetora chamada de película passivadora é formada espontaneamente. Esta película tem nanômetros de espessura e é composta de óxidos de ferro mais ou menos hidratados com vários níveis de Fe 2+ e Fe 3+. A ação protetora do filme passivo é imune ao estrago mecânico da superfície de aço. Helene (1993) afirma que a teoria mais aceita sobre a película passivadora, é a de Sato (1976), que refere-se à formação de um filme transparente, fino, aderente e estável, composto por duas camadas de óxido, uma interna onde predomina o Fe 3 O 4 e outra externa de γ.fe 2 O 3. De acordo com Kruger (1989), essa película pode ser formada por moléculas arranjadas de forma bi ou tridimensional (2 ou 3 camadas), sendo assim, praticamente moléculas individuais absorvidas na superfície do aço, com espessura total da ordem de 1 a 5x10-3. A formação e a manutenção desta película de óxido está ligada com o alto valor de ph, da ordem de 13 na fase líquida do concreto, originários principalmente pelos hidróxidos de sódio (NaOH) e de potássio (KOH), encontrados nos poros do concreto. Segundo Hausmann (1998), a utilização excessiva de adições no cimento tende a diminuir este ph, porém não o suficiente para comprometer a película passivadora. Deve se considerar que neste caso a reserva alcalina ficará reduzida em função do aumento da quantidade de adições.

45 44 Basílio (1972) considera que barras de aço com início de corrosão, ao serem concretadas, podem dar origem à formação de uma película passivante espessa de ferrita de cálcio (óxido duplo de cálcio e ferro), o qual é um pó branco estável, resultante da combinação da oxidação superficial da armadura com o hidróxido de cálcio da pasta de cimento, e que esta reação é representada pela Equação Fe(OH) 3 + Ca(OH) 2 Ca(FeO 2 ) 2 + 4H 2 O (Equação 2.1) Pourbaix (1974) avaliou as reações termodinamicamente possíveis de ocorrer em diversos sistemas metal/solução e criou um diagrama para diversos níveis de ph e potencial (Figura 2.12). O sistema ferro-água a 25º C, que pode ser extrapolado para casos como o do aço no interior do concreto, desenvolve uma reação em que se forma uma capa de óxidos de caráter protetor, e ainda afirma que nessa faixa de ph elevado, as reações de eletrodo verificadas são reações de passivação. b a Figura Diagrama de equilíbrio termodinâmico, potencial versus ph, para o sistema Fe H 2 O a 25 o C (Pourbaix,1974). As duas retas paralelas tracejadas a e b, apresentadas no diagrama da Figura 2.12, delimitam a região de equilíbrio termodinâmico da água, a qual é definida por duas reações, sendo, abaixo da linha a, p H2 = 1 atm, onde a água tende a se decompor por redução segundo a reação da Equação 2.2

46 45 2H + +2e - H 2 ou 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH (Equação 2.2) (Meio neutro ou ácido desaerado) (Meio neutro ou básico desaerado) Acima da reta b, a água tende a se decompor por oxidação segundo a reação mostrada na Equação 2.3: 2H 2 O 4e - + O 2 + 4H + ou 4OH - 4e - + O 2 + 2H 2 O (Equação 2.3) (Meio ácido aerado) (Meio básico aerado) Uma explicação mais clara é aquela na qual descreve três regiões, imunidade, passividade e corrosão da seguinte forma: a região de imunidade é a região na qual a armadura permanece inalterada, e não reagirá com o meio qualquer que seja a sua natureza (ácido, neutro ou alcalino). Nesta região, o potencial do eletrodo é mais negativo que -0,6 V em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio; a região de passividade que corresponde à passivação do aço, representando as condições em que são formadas as películas passivantes de proteção; e a terceira região representa as situações onde pode ocorrer a corrosão do aço.

47 46 3 CORROSÃO DA ARMADURA NO CONCRETO A corrosão é um fenômeno que ocorre de modo natural e espontâneo, e que está, de forma continua, transformando os materiais metálicos em materiais cuja durabilidade e o desempenho deixa de satisfazer o fim a que destinam (GENTIL, 1996). Pode-se admitir que, em alguns casos, o processo de corrosão é o inverso do processo metalúrgico, no qual o principal objetivo é a extração do metal a partir de seus minérios, enquanto que a corrosão tende a oxidar o metal. Por isso, muitas vezes o produto gerado pela corrosão de um metal é bastante semelhante ao minério do qual ele foi originalmente extraído. Contudo, o processo de corrosão, no caso do concreto, somente acontecerá quando a película passivadora do aço, descrita no capítulo 2.4, sofrer alteração devido a algum agente externo agressivo que penetre no interior do concreto. O processo de corrosão das armaduras de concreto é considerado uma reação eletroquímica que se passa geralmente na superfície que separa o metal e o meio corrosivo. De acordo com Figueiredo (2011), para que ocorra a corrosão da armadura no interior do concreto é necessário que aconteça quatro condições. A primeira condição é a despassivação da armadura, ou seja, o desaparecimento da película de óxidos que protege a armadura. A segunda condição é o aparecimento de uma diferença de potencial entre dois pontos aleatórios da armadura que pode ser gerada pela diferença de umidade, aeração, concentração salina, tensão do concreto e/ou do aço, impurezas do metal, heterogeneidades inerentes ao concreto, presença de íons ou carbonatação. A terceira condição é a presença de um eletrólito, o qual será responsável por conduzir os íons, promovendo assim uma corrente de natureza iônica. O eletrólito também terá a responsabilidade de dissolver o oxigênio. O eletrólito no concreto pode ser constituído pela solução intersticial aquosa que contem íons em solução.

48 47 A quarta condição é a presença de oxigênio dissolvido na água presente nos poros do concreto. Este oxigênio terá como função regular todas as reações de corrosão. A corrosão eletroquímica ocorre na estrutura de concreto armado pela dissolução do aço comum num meio aquoso, onde os átomos do aço se dissolvem como íons. Didaticamente, o modelo mais simples para esboçar a corrosão eletroquímica é a chamada célula de corrosão galvânica, formada a partir de dois metais de eletronegatividades distintas, imersos em uma solução aquosa e conectados eletricamente conforme mostra a Figura 3.1. Voltímetro Reação de Voltímetro Reação de Redução Oxidação Figura Célula ou pilha galvânica formada a partir de dois metais de eletronegatividade distintas Pode-se observar a formação de duas regiões distintas, sendo, cada uma delas, caracterizada por uma reação diferente. Do lado esquerdo da pilha, onde está localizado o cátodo, ocorre uma reação de redução do oxigênio ou do hidrogênio (Equação 3.1), e do lado direito, onde se encontra o ânodo ocorre à reação de oxidação (Equação 3.2). H 2 O + ½ O 2 + 2e - 2OH - ou 2H + + 2e - H 2 (Equação 3.1) Fe Fe e- (Equação 3.2) As regiões anódicas e catódicas surgem a partir de uma diferença de potencial gerada na superfície da armadura. Segundo Monteiro (2002) a reação catódica (Equação 3.1) é a primeira, ocorrendo em meios aerados de ph neutros e básicos (ph>7). Já a segunda reação se passa em meios geralmente ácidos (ph <7) e desaerado.

49 48 A corrosão da armadura no concreto, esquematizada na Figura 3.2, mostra como a armadura funciona como eletrólito misto, onde ocorrem reações anódicas e catódicas, e a solução contida nos poros do concreto é o eletrólito. (FIGUEIREDO, 2011) Reação de Redução Reação de Oxidação Figura Representação de uma pilha de corrosão em um mesmo metal (FIGUEIREDO, 2011). 3.1 TIPOS DE CORROSÃO A corrosão pode ser classificada em generalizada e localizada. Na corrosão generalizada, o desgaste do material pode ocorrer de forma mais ou menos uniforme, contudo se processa em extensas áreas do metal. Na corrosão localizada, o desgaste se processa em uma superfície limitada e, usualmente, tende a se aprofundar de modo mais rápido do que em um processo de corrosão generalizada. Essas expressões da corrosão podem sofrer algumas variações morfológicas quando analisadas em maior profundidade, podendo assumir, dentre outras formas, aparência superficial uniforme ou irregular, com a formação de pites ou com a formação de fissuras, conforme expõe a Figura 3.3 (FELIU, 1984). Na corrosão generalizada, o ataque é produzido em uma grande superfície do metal, na qual existem inúmeros ânodos e cátodos, formando micropilhas que mudam a todo tempo. Nesse caso, a perda de seção pode ser uniforme ou irregular (FELIU, 1984). A corrosão localizada trata-se de um ataque intermediário entre a corrosão uniforme e a corrosão por pites. O ataque se produz em zonas mais ou menos extensas do material, as quais, por diferentes razões, são anódicas em

50 49 relação às demais. Um dos motivos para que isso ocorra pode ser a mudança ou heterogeneidade de composição química do material ou do eletrólito que o circunda (FELIU, 1984). Na corrosão por pites, o ataque se produz em zonas discretas do material, as quais são mais ativas do que o resto da superfície. É comum no caso da ação de contaminantes que têm a propriedade de romper a capa passiva em pontos específicos, como é o caso dos cloretos (FELIU, 1984). A corrosão com formação de fissuras ocorre quando, além das condições propícias para a corrosão, o metal se encontra submetido a tensões importantes de tração. Nesse caso, surgem fissuras no material que se propagam na direção transversal à carga, produzindo rupturas com níveis baixos de tensão. Figura 3.3 Tipos de corrosão (FELIU, 1984) 3.2 FATORES QUE INFLUENCIAM A INICIAÇÃO DA CORROSÃO Há inúmeros fatores que podem exercer influência na iniciação da corrosão na estrutura, como as características do concreto empregado, definida na etapa de projeto da estrutura (cobrimento, tipo de concreto) ou a consequência do tratamento dado à estrutura após a execução da concretagem (cura do concreto,

51 50 tintas). Outro fator relevante no processo de corrosão das armaduras é o meio ambiente no qual a estrutura está inserida. A iniciação da corrosão da armadura, segundo Gentil (1996), pode estar associada essencialmente a fatores físicos, mecânicos, biológicos ou químicos. Entre os fatores mecânicos, as vibrações podem ocasionar fissuras no concreto, possibilitando o contato da armadura com o meio corrosivo. Líquidos em movimento, principalmente contendo partículas em suspensão, podem ocasionar a erosão do concreto, com o seu consequente desgaste. Se esses líquidos contiverem substâncias químicas agressivas ao concreto, tem-se uma ação combinada, ou seja, erosão-corrosão, que é evidentemente mais prejudicial e rápida do que as ações isoladas. A erosão é mais acentuada quando o fluido em movimento contém partículas em suspensão na forma de sólidos, que funcionam como abrasivos, ou mesmo na forma de vapor como no caso da cavitação. A cavitação é observada quando bolhas de vapor d água arrastadas pela água em movimento entram em regiões de pressão mais elevadas, sofrendo implosão e transmitindo uma grande onda de choque para os materiais presentes. Essa formação de bolhas de vapor e a subsequente implosão são responsáveis por grandes danos no concreto, como no caso de vertedouros de barragens (GENTIL, 1996; FIGUEIREDO & O REILLY, 2003). Os fatores físicos, como variações de temperatura, podem ocasionar gradientes térmicos com reflexos na integridade das estruturas. Variações de temperatura entre os diferentes componentes do concreto (pasta de cimento, agregados e armadura), com características térmicas diferentes, podem ocasionar microfissuras no concreto que possibilitam a penetração de agentes agressivos (GENTIL, 1996). Os fatores biológicos, como a presença de micro-organismos, podem criar meios corrosivos para o concreto e a armadura, como aqueles criados pelas bactérias oxidantes de enxofre ou de sulfetos, que aceleram a oxidação dessas substâncias, transformando-as em ácido sulfúrico (GENTIL, 1996). Os fatores químicos estão relacionados com a presença de substâncias químicas nos diferentes ambientes, normalmente, água, solo e atmosfera. Entre as

52 51 substâncias químicas mais agressivas destacam-se os ácidos, tais como o sulfúrico e o clorídrico. (GENTIL, 2006). A presença de cloretos em determinadas concentrações criticas na profundidade da armadura do concreto, pode romper pontualmente a camada passivadora do aço. A presença destes cloretos na profundidade da armadura pode ser justificada pela contaminação dos materiais constituintes do concreto, o uso de aditivos aceleradores de pega contento cloretos, ou devido à ação de águas e atmosferas marinhas ou industriais. 3.3 MECANISMOS DE TRANSPORTE Difusão iônica A difusão iônica é um mecanismo de locomoção de íons que ocorre devido a diferentes gradientes de concentração, resumindo, os íons que se encontram em regiões de maior concentração migram para as regiões com menor concentração. Neville (1997) define como um processo no qual uma massa é transportada através de um fluido pela ação de um gradiente de concentração em busca do equilíbrio. Helene (1986) afirma que a difusão iônica será diretamente proporcional a porosidade do concreto e da conexão entre os poros. Quanto mais compacto for o concreto, menor será a difusão iônica. Este mecanismo de transporte ocorre para substâncias tanto no estado liquido como aquelas em estado gasoso, sendo os dois principais agentes agressivos, para a armadura do concreto, os íons cloreto e o dióxido de carbono. Segundo Duarte (2007), a difusão de cloretos é um dos principais mecanismos de transporte que afeta a durabilidade das estruturas de concreto armado, provocando a corrosão das armaduras. A determinação do coeficiente de difusão de cloretos, segundo Nepomuceno (2005), é hoje um dos maiores desafios para o meio técnico, por que dele depende a previsão de vida útil das estruturas contaminadas por cloretos.

53 52 As expressões matemáticas que indicam esse fenômeno são dadas pela Lei de Fick da difusão. O coeficiente de difusão D, das substâncias que penetram no concreto, é calculado através da Equação 3.3, que considera o coeficiente de difusão e a concentração de cloretos constantes na superfície. A Equação 3.4 calcula a difusão em fluxo variável em relação ao tempo. = ( ) = (Equação 3.3) = ( 2 2 ) (Equação 3.4) Onde: J fluxo de íons (mol/cm 2 s); D Coeficiente efetivo de difusão (cm 2 /s); Gradiente de concentração (cm 2 /s) Profundidade considerada (mm) A difusão dos íons cloreto será tanto mais intensa quanto maior a sua concentração na solução externa. O transporte dos cloretos ocorre em sua maioria por difusão iônica e por absorção capilar. Basicamente, a difusão ocorre no interior do concreto, onde a presença do eletrólito é mais intensa. Na camada mais externa do concreto ocorre a absorção capilar, onde ocorre o umedecimento e a secagem do cobrimento. Page et al. (1981) estudaram o comportamento da difusão em pastas de cimento moldadas com cimento Portland comum, cimento resistente a sulfato, cimento com 65% de escória de alto forno, e cimento com 30% de adição de cinza volante. A conclusão deste estudo pode ser visto na Tabela 3.1, onde mostra que a presença de adições reduz a difusão de cloretos, o que é mostrado pelo refinamento da estrutura porosa.

54 53 Tabela Coeficiente de difusão de cloretos, a 25 o C em pastas de cimento com relação água/cimento igual a 0,5. (PAGE et al.,1981) Tipo de cimento Coeficiente de difusão x (cm 2 /s) Cimento Portland comum 44,7 Cimento com 30% de cinza volante 14,7 Cimento com 65% de escória 4,1 Cimento resistente a sulfetos 100, Absorção capilar A absorção capilar ou sucção capilar pode ser definida como o transporte do liquido devido à tensão superficial atuantes nos poros do concreto. (LARA, 2003). A força de sucção produzida pela tensão superficial sobre o menisco situado no interior do poro faz com que o liquido penetre através do capilar (FIGUEIREDO, 2007). A absorção capilar, segundo Helene (1993), pode ser modelada pela Lei de Jurin que relaciona a altura de ascensão ao raio capilar (Equação 3.5) e pode ser ainda descrita em função do tempo de contato com a água, no regime estacionário e na ausência de evaporação (Equação 3.6). = 2.. (Equação 3.5) = (Equação 3.6) Onde: h = altura ou penetração da água capilar (m); = tensão superficial da água (kg/m); = massa especifica da água; = raio do capilar (m); = viscosidade da água (kgs/m 2 ) = período de tempo para atingir a penetração h (s).

55 54 A absorção capilar é o principal mecanismo para a penetração de cloretos em concretos aparentes ou sem revestimento, expostos ao intemperismo da atmosfera marinha, pois os cloretos ficam impregnados na superfície da peça, e quando dissolvidos, penetram por absorção capilar. Não há absorção capilar em concretos saturados de forma permanente, é necessário que os poros estejam secos ou parcialmente secos para que seja possível a absorção da água por capilaridade. Em concretos saturados, a difusão é o principal mecanismo de ingresso de cloretos, associados ou não ao gradiente de pressão Permeabilidade A permeabilidade pode ser definida como o fluxo de um fluido devido ao gradiente de pressão. Mehta e Monteiro (2008) a definem como a facilidade com que um fluido pode escoar através de um sólido, sob um gradiente de pressão. Este mecanismo de penetração de água sob pressão no concreto ocorre em situações onde as estruturas se encontram submersas ou parcialmente submersas, podendo acelerar a penetração de agentes agressivos no concreto e a corrosão de armaduras (MEHTA & MONTEIRO, 2008) Kropp (1995) afirma que a penetração de cloretos por permeabilidade costuma ser importante em casos específicos, como é o caso de estruturas marinhas submetidas a grandes pressões hidrostáticas. Obras de barragens é outro exemplo importante deste mecanismo. Sá (2006), diz que é importante ressaltar que a permeabilidade a líquidos sobre pressão será tanto mais acentuada quanto maior for o diâmetro dos poros capilares, além de obviamente da comunicação entre eles. Isto, na prática, é obtido por meio de relações água/cimento relativamente altas. Segundo Nepomuceno (2005), a permeabilidade de líquido pode ser descrita através da Lei de Darcy (Equação 3.7). =. (Equação 3.7).

56 55 Onde: K h = coeficiente de permeabilidade (cm/s); V f = vazão de entrada na fase linear (cm 3 /h); L = altura do corpo de prova (cm); A = área da seção transversal do corpo-de-prova (cm 2 ); H = pressão manométrica de ensaio (cm.c.a). Nepomuceno (2005), ainda afirma que, a permeabilidade do concreto aos gases não é um mecanismo de transporte muito comum em estruturas reais, porém, tem-se procurando caracterizar a porosidade, por meio de ensaios de permeabilidade, e correlacioná-la a outros mecanismos de transporte, para estabelecerem parâmetros de durabilidade Migração iônica ou Eletro-migração Um diferencial elétrico causa a eletro-migração. Os íons no eletrólito, devido à formação de um campo elétrico, tendem a se deslocar para a região de polaridade contraria, ou seja, os íons positivos são atraídos pelo polo negativo, e os íons negativos pelo polo positivo (ARAÚJO, 2004). Na Tabela 3.2 é possível observar a condutividade iônica dos principais íons estudados, segundo Banfill (1994). Porém o autor afirma que essa condutividade pode mudar sensivelmente com o aumento da concentração das soluções. Tabela Valores da condutividade iônica de diversos íons a diluição infinita e a 25 o C (BANFILL, 1994). Íons H + Na + K + Ca 2+ OH - Cl - ½ SO 4 2- ½ CO 3 2- HCO 3- Condutividade iônica (ohm -1.cm -2. eq -1 ou ohm -1.m -2.eq -1 ) ,1 73,5 59,5 198,0 75,2 79,8 69,3 44,5 1 o 8 o 5 o 7 o 2 o 4 o 3 o 6 o 9 o No caso de estruturas de concreto, esse fenômeno pode ocorrer em estruturas suporte de veículos que utilizam corrente elétrica para sua movimentação, como também em estruturas de concreto com proteção catódica por corrente impressa. A maior aplicação desse princípio ocorre em ensaios destinados a

57 56 acelerar a penetração dos íons cloreto no concreto, nos quais se aplica uma diferença de potencial para forçar a sua movimentação (DUARTE, 2007). A influência dos parâmetros de dosagem, tais como consistência, consumo de cimento e relação água/cimento, foram estudados por Medeiros e Helene (2003). O estudo foi feito variando a relação água/cimento, deixando constante a consistência e, depois, variando a consistência, mantendo constante a relação água/cimento. Os resultados deste estudo (Figura 3.4) mostram que, a quantidade e a qualidade da pasta são fatores de grande importância na penetração de cloreto no concreto, ou seja, que a migração de cloretos é função direta do consumo de cimento, quando se mantém a relação água/cimento constante, e também é função inversa do consumo de cimento, quando se varia a relação água cimento e se mantem a consistência. Concluindo, a relação água cimento é o principal fator controlador da resistência à penetração de cloretos no concreto. Figura 3.4 Carga passante x relação água cimento para uma mesma consistência (MEDEIROS; HELENE, 2003). Os resultados obtidos por Medeiros e Helene (2003) foram os mesmo que Regattieri (1998), que também estudou a migração de cloretos, variando a relação água/cimento e o tipo de cimento (Figura 3.5). Através deste resultado, é possível diferenciar como os concretos que possuem cinza volante ou escória de alto forno são menos afetados pela relação água/cimento do que aqueles com cimento CP I S.

58 57 Figura 3.5 Migração de íons cloreto x relação água/cimento (REGATTIERI, 1998). 3.4 DESPASSIVAÇÃO DAS ARMADURAS POR ÍONS CLORETO Os íons cloreto são um dos agentes mais problemáticos para a corrosão de armaduras, pois são capazes de despassivar o aço mesmo em ph extremamente elevado. Figueiredo (2011) revela que os íons cloreto podem chegar ao concreto de diferentes formas, como: o uso de aceleradores de pega que possuem CaCl 2 ; contaminação dos agregados ou da água de amassamento; pela atmosfera (maresia); pela água do mar (estrutura off shore ); utilização de sais de desgelo; e devido a processos industriais. E ainda, que o mecanismo de penetração dos íons cloreto através do concreto depende de uma série de fatores inter-relacionados, como as características do microclima, tipo de exposição do concreto, o tipo de cátion associado ao cloreto, tipo de acesso ao concreto (antes ou depois de endurecido), presença de outro ânion como o sulfato, o tipo de cimento empregado, a relação água/cimento, o consumo de cimento, a cura e a velocidade de carbonatação. A despassivação das armaduras por íons cloreto ocorre quando estes penetram nos poros do concreto por meio de difusão ou pela absorção capilar, juntamente com a água e o oxigênio e, ao encontrar a película passivadora da armadura, provocam acidificações localizadas que conduzem a desestabilizações pontuais da camada de óxidos passivos. A despassivação por íons cloreto ocorre de

59 58 forma localizada, o que faz com que a corrosão por cloretos seja tipicamente por pites, diferentemente da ocorrida devido à carbonatação (corrosão generalizada). O processo de despassivação por cloretos ainda é cercado de incertezas e teorias, no entanto, a maioria delas aponta para o fato de que a ruptura da película passivadora é algo dinâmico, alternando despassivação e repassivação, até a despassivação definitiva da armadura. Segundo o ACI 222 (1991) citado por Helene 1993, há três teorias para explicar o efeito dos cloretos na corrosão do aço: Teoria do filme de óxido - Nesta teoria, os íons cloreto penetram nos defeitos do filme óxido passivante muito mais facilmente que outros íons agressivos, podendo dispersar coloidalmente este filme, permitindo o ataque do aço. Teoria da absorção conforme esta teoria os íons cloreto são adsorvidos na superfície do aço com os íons hidroxilas ou com o oxigênio dissolvido, promovendo a hidratação do ferro e viabilizando sua dissolução em cátions. Teoria do complexo transitório segundo esta teoria, os íons cloreto (Cl - ) competem com os ânions hidroxila (OH - ) para a produção de compostos ferrosos de corrosão, denominados complexos transitórios, os quais se difundem a partir do ânodo em direção ao catodo permitindo que a corrosão continue (Figura 3.6). Figura Formação do pite de corrosão pela ação dos cloretos (TREADAWAY, 1988).

60 Teor crítico de cloretos O teor crítico representa a quantidade limite de cloretos necessários para desencadear o processo corrosivo. Essa quantidade depende de vários fatores tais como: a dosagem, a umidade relativa, o ph da solução dos poros, o teor de cloretos solúveis, a quantidade de C 3 A do cimento, a fonte de cloretos e ainda as características metalúrgicas da armadura atingida. (LIMA, 1996; ALONSO et al. 1997; ANDRADE, 2001; CASCUDO, 2005). A Figura 3.7 apresenta-se um modelo clássico para o conteúdo crítico de íons cloreto capaz de despassivar as armaduras de concreto, podendo verificar ainda a influência de alguns parâmetros tais como umidade relativa, qualidade do concreto (cura e relação água/cimento), saturação dos poros e carbonatação (ANDRADE, 1992; VILAS BOAS, 2004). Os íons cloretos podem ser encontrados em duas formas no concreto, como; cloretos livres, forma perigosa para o concreto; ou cloretos combinados com C 3 A ou C 4 AF do cimento, formando os cloroaluminatos. Os cloretos totais são a soma dos cloretos livres e combinados (MEHTA E MONTEIRO, 2008). Figura Esquema de variação do teor crítico de cloretos em função da qualidade do concreto e umidade do ambiente (CEB, 1992).

61 60 Entende-se, hoje, que a relação Cl - /OH seja a mais adequada e que melhor representa o teor critico de cloretos, contudo, a dificuldade de medir-se a concentração de hidroxilas na solução de poros do concreto tem feito com que a relação entre cloretos livres e totais e a massa de cimento, e mais especificamente o último, tenha sido um parâmetro com amplo uso para indicar risco de corrosão. Para a avaliação da presença de cloretos no concreto, segundo Helene (1993), podem ser seguidos métodos de ensaios descritos nas normas UNE e ASTM 1411 (1992), para cloretos livres ou solúveis em água, ou ASTM C 1152 (1992), para cloretos totais. No entanto, há divergências quanto ao valor que deve ser utilizado como padrão para que ocorra a despassivação da armadura. Na Tabela 3.3 são apresentados limites de cloretos totais permitidos no concreto sugeridos por algumas normas internacionais e nacional. Tabela 3.3 Teor critico de cloretos 3.5 FATORES QUE INFLUENCIAM A PROPAGAÇÃO DA CORROSÃO A taxa de crescimento do processo de corrosão pode ser influenciada por alguns fatores como a concentração de íons cloreto no ambiente, a umidade, a temperatura e a resistividade do concreto e a formação de uma macromolécula de corrosão. Esta velocidade de corrosão pode ser controlada pelos processos mostrados na Figura 3.8.

62 61 Com base em uma célula galvânica descrita anteriormente, no processo de corrosão pode se identificar dois tipos de eletrodos, o cátodo, onde ocorrerão as reações de redução, e o ânodo, onde ocorrerão as reações de redução. Cada eletrodo possui inicialmente um potencial diferente. Quando a corrente flui de um eletrodo para o outro, o potencial do ânodo se aproxima do potencial do cátodo e vice-versa. Com isso a diferença do potencial entre os eletrodos diminui à medida que a corrente aumenta. Desta forma é obtida a curva de polarização dos eletrodos. No ponto de intersecção das curvas, os dois processos ocorrem com a mesma corrente, ou seja, a corrente catódica é a mesma da corrente anódica, estabelecendo assim uma corrente de equilíbrio, denominada corrente de corrosão (Icorr). Esta corrente de corrosão é diretamente proporcional à taxa de crescimento do processo de corrosão (velocidade de corrosão). Quando a polarização ocorre predominantemente nas áreas anódicas, a reação é controlada anodicamente, ou seja, esta sob controle anódico (Figura 3.8a). Contudo, se a polarização ocorre predominantemente nas áreas catódicas, a reação é controlada catodicamente, ou seja, esta sobre sob controle catódico (Figura 3.8b). Figura Diagramas de Evans mostrando a influência dos processos de controle catódico, anódico, misto e por resistência sobre a intensidade de corrosão (FIGUEIREDO, 1994). Porém, quando a polarização ocorre com a mesma intensidade tanto no cátodo como no ânodo, tem-se então um controle misto (Figura 3.8c). O controle da propagação do processo de corrosão também poderá ocorrer com o aumento da

63 62 resistência do meio, este método é chamado de Controle por Resistência (Figura 3.8d) Concentração de íons cloreto A concentração de cloretos nas estruturas de concreto é um fator que deve ser levado em consideração, já que o aumento das concentrações de Cl - além de diminuir a resistividade, devido à maior condutividade proporcionada por estes íons, pode também provocar o aumento da velocidade de corrosão Umidade A taxa de umidade do interior dos poros do concreto exerce importante influência sobre a propagação da corrosão. Os poros da microestrutura do concreto podem ser encontrados basicamente em três situações distintas: secos, quando a umidade relativa é baixa; parcialmente saturados, quando a umidade relativa é alta; ou saturados, quando o concreto encontra-se imerso, conforme citado na Figura 3.9. Figura Teor de umidade dos poros do concreto em função da umidade do ambiente (ANDRADE, 1988). Quando os poros estão secos, não há mobilidade de íons, e o concreto possui então uma alta resistividade, impedindo ou dificultando assim o processo de corrosão, mesmo que este se encontre contaminado por cloretos (Figura 3.9a). Contudo, à medida que a umidade interna do concreto aumenta, a resistência ôhmica diminui e a velocidade do processo de corrosão aumenta, caso a armadura esteja despassivada (Figura 3.9b). Quando os poros estão completamente preenchidos de água, ou seja, saturados, a resistividade do concreto é a menor possível (Figura 3.9c). Nessa situação o processo de corrosão estará controlado pelo acesso ao oxigênio, que

64 63 será pequeno, já que esse terá que se dissolver primeiramente na água para poder atingir a armadura. Este controle pode ser interpretado como um controle catódico (Figura 3.8) Temperatura O aumento da temperatura estimula a mobilidade das moléculas, favorecendo seu transporte através da microestrutura do concreto. No mesmo sentido, quando a temperatura diminui, pode ocorrer condensação no concreto, ocasionando um aumento da umidade do material (FIGUEIREDO, 2011). Estudos realizados por Raphael & Shalon (1971), mostraram que a corrosão aumenta duas vezes a cada aumento de 20 o C, sendo este efeito mais pronunciado quando em elevadas umidades relativas. Ensaios realizados por Al-Khaja (1997) constatou um aumento expressivo da penetração de cloretos em corpos-de-prova de concreto, quando estes tiveram um aumento de temperatura de 20 o C para 45 o C. A penetração de cloretos foi mais significativa em concretos convencionais do que em concretos de elevada resistência (Figura 3.10). Figura Efeito da variação da temperatura na penetração de cloretos em concretos convencionais (a) e em concretos resistentes a sulfatos (b) (AL-KHAJA, 1997).

65 64 4 TÉCNICAS EMPREGADAS PARA AVALIAÇÃO DA PROPAGAÇÃO DA CORROSÃO 4.1 POTENCIAL DE CORROSÃO A utilização do potencial de corrosão tem a vantagem por ser uma técnica não destrutiva e de fácil aplicação, não sendo necessário o emprego de aparelhos caros e sofisticados. Porém, apresenta a desvantagem de fornecer uma ideia relativa e aproximada do processo de corrosão instalado sobre a armadura, ou seja, do seu registro não se obtém nenhum dado quantitativo da cinética de corrosão (FIGUEIREDO, 1994). A medida do Potencial de corrosão da armadura, de acordo com Nepomuceno (1992), consiste no registro da diferença de voltagem entre a armadura e um eletrodo de referência, que é colocado em contato com a superfície do concreto. A ASTM C-876 (2009) apresenta uma correlação entre intervalos de diferença de potencial, em relação a um eletrodo de referência de Cu/CuSO 4, e a probabilidade de ocorrência de corrosão (Figura 4.1). Figura Critérios de avaliação da corrosão através de medidas de potencial de corrosão (ASTM C-876, 2009). 4.2 CURVAS DE POLARIZAÇÃO A curva de polarização representa a expressão gráfica da função potencial (E) x intensidade de corrente (I). Por meio de intersecção gráfica, o traçado da curva proporciona informações sobre a intensidade de corrosão. A morfologia do processo (corrosão generalizada ou por pites) também pode ser determinada a partir dessa curva (FIGUEIREDO, 1994). A curva de polarização é empregada no estudo

66 65 dos fenômenos da corrosão, como a formação de pares galvânicos, os efeitos da carbonatação, o uso de aditivos e sua influência no processo de corrosão, entre outros. O método, porém, é destrutivo e, por isso, não viabiliza a reutilização dos corpos-de-prova para novas medidas. Além disso, o método ainda não foi desenvolvido para aplicação em campo. 4.3 RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO A resistência de polarização (Rp) é a inércia que um sistema apresenta para iniciar o processo de corrosão quando a armadura é polarizada. Esse método pode ser considerado o mais confiável para monitoramento da corrosão por penetração de cloretos e de carbonatação no cobrimento de concreto. Vários tipos de sensores de polarização linear vêm sendo desenvolvidos para aprimorar a precisão dessa técnica (LU & BA, 2010). A resistência de polarização é obtida por meio da inclinação de uma rampa potenciodinâmica (ΔE/ΔI) decorrente da imposição de uma polarização catódica inicial de 10 mv/minuto em torno do potencial de corrosão. Quanto maiores os valores de Rp, menor a taxa de corrosão (ANDRADE & GONZÁLEZ; 1988). A técnica da resistência de polarização permite obter dados sobre o estado passivo ou ativo da armadura e sobre a cinética da corrosão, sendo, portanto, uma alternativa simples para uma análise quantitativa do fenômeno. O cálculo da velocidade de corrosão é feito a partir da variação da corrente que ocorre na área da seção transversal do condutor, quando se incrementa o potencial de corrosão (E corr ) em ± 10 a 30 mv em torno do potencial de equilíbrio (ANDRADE; GONZÁLEZ; 1988). No gráfico E x I, em que E é o potencial de corrosão e I a corrente, assume-se a linearidade na faixa de incremento e podese, então, deduzir o valor de Rp a partir da Equação 4.1. = (Equação 4.1) Por meio do valor de Rp, determina-se a corrente de corrosão instantânea e, então, a intensidade de corrosão (I corr ), como mostra a Equação 4.2.

67 66 c = (Equação 4.2) Onde: i corr Intensidade de corrosão; B constante de Stern; Geary (1957), B = 52 mv para armadura no estado passivo; B = 26 mv para armaduras no estado ativo. A intensidade de corrosão dividida pela área efetiva do estudo (A) fornece a densidade de corrente de corrosão (i corr ), pela Equação 4.3. c =. (Equação 4.3) Os valores de i corr podem ser relacionados qualitativamente ao grau de corrosão da armadura empregando-se os critérios da Figura 4.2. Figura Nível de corrosão em função da corrente icorr (DURAR, 1997). Sabe-se que essa é uma técnica menos perturbativa, devido à pequena polarização aplicada. Pode ser usada diversas vezes em um mesmo corpo-de-prova ou região de uma estrutura, atentando-se ao tempo necessário para que o sistema volte ao seu estado estacionário após a aplicação de uma polarização. 4.4 IMPEDÂNCIA ELETROQUÍMICA Impedância eletroquímica é uma técnica não destrutiva de avaliação da corrosão, muito empregada em laboratório uma vez que ainda não está disponível no mercado um equipamento portátil para uso em obra, diretamente nas estruturas de concreto.

68 67 A impedância, assim como a resistência de polarização, mede a dificuldade da passagem de corrente elétrica em um determinado meio diante de uma diferença de potencial imposta. Da mesma forma que a técnica de resistência de polarização, descrita anteriormente, a técnica de impedância também pode ser utilizada para obter a velocidade de corrosão (LORENZ & MANSFELD, 1981). No entanto, enquanto na técnica de resistência de polarização a intensidade de corrosão (Icorr) pode ser obtida em três minutos, aproximadamente, na técnica de impedância, devido à elevada resistividade do eletrólito que circunda a armadura (concreto) e, portanto, da necessidade de partir de altas frequências (100kHz) até baixas frequências (0,001Hz), a i corr somente é obtida após três horas, ou mais, dependendo da resistividade do eletrólito. A análise da impedância do circuito fornece informações das reações eletroquímicas, absorção de produtos, transporte de matéria por difusão, morfologia da corrosão, identificação do estado passivo da armadura e outros. A velocidade de corrosão instantânea também pode ser mensurada pela técnica de impedância da mesma forma que a resistência de polarização, mas deve-se aplicar corrente alternada ao invés de corrente contínua. Quanto maior for a impedância do sistema, mais passivo estará, apresentando menores taxas de corrosão. As medidas de impedância são feitas através de um dispositivo com dois eletrodos de planos idênticos ou por meio de um potenciostato associado a três eletrodos. Pela dificuldade de confinar o sinal elétrico em estruturas de concreto, essa técnica não é utilizada em campo, mas apresenta grande confiabilidade dos estudos. 4.5 RUÍDO ELETRÔNICO Este método analisa variações na corrente e/ou no potencial que ocorrem naturalmente, denominados de ruídos, em torno de um estado estacionário, durante o processo de corrosão. Tais mudanças variam tipicamente de alguns microvolts ou milivolts e poucos nanoamperes ou microamperes, para o potencial e para a corrente, respectivamente. O princípio do método consiste em registrar estas pequenas flutuações do potencial e da corrente, obtendo-se o desvio padrão do ruído do potencial (σe) e o desvio padrão do ruído da corrente (σi), calculando-se a resistência ao ruído (Rn), a

69 68 qual está relacionada à resistência de polarização do sistema, de onde pode-se extrair informações a respeito da cinética do processo, através do cálculo da velocidade de corrosão do sistema. Os equipamentos demandados para realizar a aquisição dos dados são similares aos utilizados no método de potenciais de corrosão, porém o voltímetro deve ter uma impedância maior que 10 GΩ e, para mensurar as flutuações de corrente, necessita-se de um amperímetro de resistência nula de alta resolução. Entretanto, ainda que o método forneça estimativas quantitativas satisfatórias para o sistema concreto-armadura, este possui algumas consideráveis desvantagens, pois as estruturas podem atuar como antenas, capturando ruídos não corrosivos, que podem vir a mascarar os efeitos reais da corrosão. Em adição, a obtenção e a subsequente análise dos dados demandam muito tempo e alguma experiência é exigida para uma correta interpretação dos resultados (RODRÍGUEZ et al., 1994). 4.6 RESISTIVIDADE A medida de resistividade elétrica (ρ) do concreto é um das principais ferramentas utilizadas para o monitoramento da evolução da corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado. É uma ferramenta não destrutiva de avaliação que nem sempre é interpretada da forma devida, podendo assim conduzir a erros. A resistividade elétrica pode ser definida como a resistência elétrica de um condutor unitário e seção transversal constante no qual a corrente é uniforme e continuamente distribuída (EBACH, 1975 apud WHITING E NAGI, 2003), ou seja, é a resistência elétrica entre faces opostas de um volume unitário de material. Monfore (1968) diz que a condução da corrente elétrica através do concreto é de natureza essencialmente eletrolítica e ocorre por meio de íons presentes na água evaporável das pastas de cimento. Shekarchi et al (2004) citam que o fluxo de corrente elétrica no concreto se dá por meio de íons dissolvidos na água que preenche total ou parcialmente a rede de poros da pasta. McCarter & Watson (1997) afirmam que a condutividade irá ocorrer através dos contínuos poros capilares preenchidos por água e pelas microfissuras da matriz.

70 69 A resistividade elétrica regula o fluxo de íons que se difundem pelo concreto através da solução aquosa presente nos poros do concreto, sendo assim uma medida que influencia diretamente na velocidade de corrosão (HELENE, 1993). Contudo, é importante salientar que a medida de resistividade elétrica não tem influência na iniciação do processo de corrosão das armaduras, e sim na de propagação do processo (ANDRADE e ALONSO, 1996). O princípio de obtenção da resistividade do concreto pode se dar através do método de disco, método de dois eletrodos, método de Wenner e pelo método da resistividade elétrica volumétrica do concreto (NBR 9204, 2012). No primeiro método, um disco é utilizado como eletrodo posicionado na superfície da estrutura de concreto sobre a região da armadura. Esta última é utilizada como o segundo eletrodo e a medida efetuada refere-se à resistência do concreto entre o eletrodo e a armadura. A resistência medida pode ser convertida em resistividade usando-se uma constante que depende da espessura do cobrimento e do diâmetro da barra. A segunda forma de obter a resistividade do concreto é o método dos dois eletrodos (Figura 4.3), que consiste na utilização de dois eletrodos colocados em contato com a superfície do concreto, por meio dos quais uma corrente alternada é aplicada e a diferença de potencial é medida. Figura 4.3 Esquema para determinação da resistividade: método dos dois eletrodos (MILLARD, 1991).

71 70 As medidas obtidas por este método são muito influenciadas por alterações no raio do eletrodo em contato com a superfície de concreto e pela presença de agregados nas regiões próximas do contato (MILLARD, 1991). Polder (2001) alertou para a grande influência das dimensões dos eletrodos nos valores medidos, acarretando uma baixa precisão e uma pobre reprodutibilidade dos resultados. No método de Wenner, quatro eletrodos são colocados na superfície do concreto, que preferencialmente deve estar úmida. O equipamento imprime uma corrente entre os dois eletrodos externos, e consequentemente, uma voltagem que é captada pelos eletrodos internos. A diferença de potencial entre os eletrodos internos propicia a medida de resistividade (Figura 4.4). Figura Esquema para a determinação da resistividade: método de Wenner (adaptação da Figura de GOWERS & MILLARD, 1999; DARBY et al., 1999). A vantagem associada a esta técnica é que a resistividade medida é referente a região do concreto situada entre os dois eletrodos internos. A influência pode ser minimizada quando o espaçamento entre os eletrodos internos excede o tamanho máximo do agregado. Contudo, Whiting e Nagi (2003) recomendam que o espaçamento entre os eletrodos não exceda 1/4 da dimensão mínima do concreto, pois podem ocorrer erros significativos caso a resistividade seja medida próximo às extremidades da peça. O procedimento de medida da resistividade elétrica volumétrica descrita pela NBR 9204 (ABNT, 2012) é um método aplicável em laboratório e são utilizadas amostras de concreto cilíndrica com 150 mm de diâmetro e 150mm de altura,

72 71 moldadas ou extraídas das estruturas. Utilizando-se uma fonte de corrente continua, aplica-se uma tensão entre dois eletrodos de mercúrio nas faces do corpo-de-prova. Um terceiro eletrodo de mercúrio é utilizado para evitar erros de superfície. Os três eletrodos estão numerados conforme mostrado na Figura 4.5. Este método é criticado devido a utilização de corrente continua que pode gerar erros nas medidas, além da dificuldade na montagem da célula de ensaio com a utilização de mercúrio como eletrodo que, parece ser, um fator condicionante da utilização deste método. Figura 4.5 Esquema para a determinação da resistividade elétrica volumétrica do concreto segundo NBR 9204 (ABNT, 2012). O CEB (Comité Euro-internacional du Beton) definiu alguns critérios de avaliação da resistividade em estruturas de concreto armado, ora apresentados na Tabela 4.1. Tabela 4.1 Critérios de avaliação do concreto armado quanto à probabilidade de corrosão devido à resistividade do concreto (CEB, 1992). Resistividade do concreto (kω.cm) Probabilidade de Corrosão ρ > 20 Desprezível 10 < ρ > 20 Baixa 5 < ρ < 10 Alta ρ < 5 Muito alta

73 72 A avaliação da resistividade do concreto é sugerida por Andrade (1992), com o uso de uma correlação aproximada da resistividade e a velocidade de corrosão por carbonatação (Figura 4.6). Contudo, esta avaliação apenas tem significado caso a armadura esteja despassivada e em processo de corrosão. Figura Correlação entre a densidade de corrosão e a resistividade do concreto (ANDRADE, 1992).

74 73 5 AÇO CARBONO 5.1 PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO CARBONO O aço é a mais versátil das ligas metálicas constituída basicamente de ferro e carbono (Fe C). Contém menos de 2% de carbono em sua composição, além de certos elementos resultantes do processo de fabricação, como o manganês, o enxofre, o fósforo e o silício (COLPAERT, 2008). O processo de produção de aço consiste em três fases distintas, a redução do minério de ferro, o refino e a conformação mecânica. A primeira fase, redução, tem como finalidade a retirada do oxigênio dos óxidos de ferro e a fusão da carga. Nesta fase, o minério de ferro, em forma granular ou em forma aglomerada, é misturado em alto forno com o calcário e o coque (carvão vegetal), produzindo, no final, o chamado ferro gusa. A fase de refino tem como objetivo a transformação do ferro gusa em aço. Para que isso ocorra, o ferro gusa é transferido para as aciarias onde ocorre a queima de impurezas e adições. O refino do aço é feito em fornos a oxigênio ou elétricos, onde o ferro gusa (líquido ou sólido) ou sucata de ferro são transformados em aço líquido. Nesta fase, ainda há a solidificação do aço liquido em equipamentos de lingotamento, para produzir semi-acabados, lingotes e blocos. Por último, a conformação mecânica visa à transformação mecânica dos aços em produtos que possam ser utilizados pela indústria, e envolve, de forma geral, a laminação, trefilação e o forjamento. 5.2 MICROESTRUTURA DO AÇO CARBONO O aço como os demais metais, se solidifica pela formação de cristais, que vão crescendo em diferentes direções, formando os denominados eixos de cristalização (TOTTEN, 2006). A maioria dos metais apresenta uma única estrutura cristalina, estável desde a temperatura ambiente até o seu ponto de fusão. O ferro é excepcional neste aspecto, pois pode se apresentar em pressão ambiente, dependendo da

75 74 temperatura, sobre a forma de duas estruturas cristalinas cúbicas, ou seja, a unidade básica do cristal tem a forma de um cubo. No primeiro tipo denominado cúbico de corpo centrado- CCC, nota-se que os átomos de Fe estão localizados nos oito vértices e no centro do cubo (Figura 5.1a), enquanto que no segundo denominado cúbico de face centrada (CFC), os átomos estão posicionados nos oito vértices e no centro de cada face (Figura 5.1b). O arranjo dos átomos em determinada estrutura cristalina está ligada às interações entre os átomos. Quando átomos de outros elementos são misturados ao ferro, formando uma liga, a presença destes átomos afeta a estabilidade dos diferentes arranjos de átomos. A adição de carbono ao ferro produz alterações na estabilidade relativa entre as fases. O tamanho, forma, distribuição, composição e estrutura cristalina dessas fases controlam essencialmente as propriedades finais de qualquer tipo de aço, incluindo dureza, resistência, ductilidade, resistência ao impacto e resistência à fluência. (TOTTEN, 2006) Figura Ilustração da estrutura Cúbica de Corpo Centrado - CCC (a) e da estrutura Cúbica de Face Centrada CFC (b) (Adaptado de TOTTEN, 2006). 5.3 DIAGRAMA DE FASES FE - C A base para o estudo das transformações de fase que ocorrem nos aços é a compreensão do Diagrama de Fases Fe- C (Figura 5.2), a qual mostra as fases em equilíbrio para as diferentes combinações de temperatura e concentração de carbono. É importante ressaltar que os aços possuem teores de carbono inferiores a 2,11%, e que teores acima desse valor são considerados ferros fundidos.

76 75 No Diagrama de Fases, verifica-se que quando o ferro (puro) se solidifica a 1538ºC, ele assume organização interna conforme uma estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), a fase δ (delta). Esta fase é estável somente em altas temperaturas, não apresentado assim interesse comercial (TOTTEN, 2006). Continuando o resfriamento, ocorre uma mudança de fase na temperatura de C com os átomos de Ferro sofrendo um rearranjo para uma estrutura cúbica de faces centradas (CFC), a fase ϒ (gama) ou Austenita (TOTTEN, 2006). Na temperatura de C ocorre um novo rearranjo cristalino e o ferro volta a apresentar uma estrutura cúbica de corpo centrado, a fase (alfa) ou Ferrita (COLPAERT, 2008). Abaixo da temperatura de C, o ferro passa a apresentar um comportamento magnético, sem, no entanto, apresentar qualquer mudança da estrutura cristalina. (COLPAERT, 2008). Observa-se ainda nesse diagrama que a adição de 4,3% de carbono ao ferro reduz o ponto de fusão, e que, até cerca de 0,76% de carbono, aumenta a estabilidade da estrutura CFC em relação a CCC (ASM HANDBOOK, 1985) Austenita + Cementita A1 Ferrita + Cementita Figura Diagrama de Fases para o Sistema Fe-C com teor de 6,67% de Carbono (Adaptado do ASM HANDBOOK, 1985).

77 76 No que tange aos aços, no campo da Austenita foram dados nomes especiais a alguns limites importantes que facilitam a discussão. Existem três temperaturas de interesse no tratamento térmico dos aços, que são: A1 Linha que corresponde ao limite entre o campo Ferrita - Cementita e aos campos que contém Austenita e Ferrita ou Austenita e Cementita. A3 Corresponde ao limite entre os campos Ferrita - Austenita e Austenita. A cm Corresponde ao limite entre os campos Cementita Austenita e Austenita. Devido à existência destas transformações, o aço apresenta uma quantidade de materiais extremamente versáteis atendendo uma grande quantidade de propriedades mecânicas Constituintes estruturais dos aços Ferrita A Ferrita é formada por uma solução sólida de inserção de carbono em ferro alfa. É o constituinte mais mole dos aços, porém é o mais tenaz, e o mais maleável, tendo um alongamento de 35%. Possui em sua composição uma quantidade muito baixa de carbono, em torno de 0,008 %. Quando o aço é muito pobre em carbono, sua estrutura está formada quase que totalmente por grãos de Ferrita. Estes grãos têm formato poligonal equiaxiais (Figura 5.3). Tem como os principais elementos estabilizadores o silício, cromo, fosforo, molibdênio, vanádio, titânio, nióbio e alumínio. Este tipo de material normalmente tem dureza bastante baixa (COLPAERT, 2008). Figura 5.3 Aço de teor de carbono extra baixo. Grãos de ferrita e pequenas inclusões não metálicas (COLPAERT, 2008).

78 Austenita O aquecimento da ferrita em aços Fe-C leva a formação da fase CFC, chamada Austenita. A Austenita, em ferro puro e ligas de Fe-C, só é observada diretamente em microscópios eletrônicos que possam operar à temperatura elevada, onde esta fase é estável. Tem como os principais elementos estabilizadores o níquel, manganês, carbono, cobalto cobre e nitrogênio (COLPAERT, 2008). A Figura 5.4 mostra um aço aquecido a 10k/s a partir de uma estrutura ferrítica. A imagem foi obtida por microscopia confocal laser. No canto superior estão indicados o tempo (horas: minutos: segundos) e a temperatura em graus Celsius. Na Figura 5.4 estão assinalados os contornos de um grão austenítico recém-nucleado na ferrita. Figura 5.4 Formação de grão austenítico a partir de uma estrutura ferrítica. (COLPAERT, 2008) Cementita Quando a solubilidade do carbono na ferrita é excedida, a cementita começa a aparecer na estrutura de aço. Aços de baixo teor de carbono, normalmente apresentam a cementita distribuída ao longo do produto, como uma segunda fase dispersa, como mostra a Figura 5.5 (COLPAERT, 2008). Figura Microestrutura composta de ferrita poligonal e pequenos grãos de cementita globular (COLPAERT, 2008).

79 78 A Cementita é o constituinte que aparece em fundições e aços. É o carboneto de ferro de fórmula Fe 3 C. É muito frágil e duro, sendo muito resistente ao cisalhamento. Em baixas temperaturas é ferromagnético, perdendo esta propriedade a 212 ºC. Possui ponto de fundição acima de 1950 ºC, e é termodinamicamente instável a temperaturas inferiores a 1200ºC (COLPAERT, 2008) Perlita O diagrama Fe C apresenta um equilíbrio eutectóide entre Ferrita, Cementita e Austenita. Quando aços contendo teores de carbono mais significativos do que os discutidos anteriormente, se transformam de Austenita para o campo abaixo da temperatura eutectóide, sendo as fases esperadas a Ferrita e a Cementita. Contudo, devido a fatores de nucleação inicial da cementita, há a formação de outro material, a Perlita. Perlita é formada por uma mistura de duas fases, a Ferrita e a Cementita, produzida a 723 ºC quando a composição é de 0,8 % de carbono. Sua estrutura é constituída por lâminas alternadas de Ferrita e Cementita, sendo a espessura das lâminas de Ferrita superior às de Cementita. A Perlita é mais dura e resistente que a Ferrita, porém mais branda e maleável que a Cementita (KRAUSS, 2005). Apresenta-se em forma laminar, reticular e globular (Figura 5.6). Figura Estrutura perlítica de um aço com 0,75% de carbono. Reagente: Picral. Aumento 500x (KRAUSS, 2005).

80 Martensita A Martensita é uma solução sólida, intersticial, supersaturada de carbono em ferro alfa. É o constituinte estrutural da têmpera dos aços e sua microestrutura apresenta-se na forma de agulhas cruzadas (Figura 5.7). A Martensita é uma fase longe do equilíbrio, logo ela não aparece no diagrama de fase Fe-C apresentado na Figura 5.2. A estrutura cristalina da Martensita é tetragonal de corpo centrado (TCC), que pode ser encarada como uma rede de Ferrita (CCC), distorcida por átomos de carbono aprisionados devido à altíssima velocidade da formação. A Martensita é extremamente dura e, portanto, é uma estrutura desejável para os aços usados em ferramentas e maquinário do todos os tipos. Figura 5.7 Martensita (COLPAERT, 2008).

81 80 6 METODOLOGIA EXPERIMENTAL A metodologia aplicada neste trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de dois tipos de armaduras produzidas com aço e dimensões diferentes, frente à corrosão devido a ação de cloretos. Para isso, foram levados em consideração às metodologias experimentais e em estudos anteriores realizados por FIGUEIREDO (1994), TULA (2000), TINOCO (2001), FREIRE (2005) e DUARTE (2007). Neste estudo empregou-se o aço CA24, provenientes da obra do Maracanã, e o aço CA50, atual, com diâmetros de 5mm e 25mm. O ataque de íons cloreto ocorreu de duas maneiras. Metade dos corpos-de-prova moldados possuíam 3% de cloreto de sódio na água de amassamento, em relação à massa de cimento. Estes corpos-de-prova permaneceram em câmara com umidade de 55±15%. Posteriormente, foram realizados ciclos de secagem e imersão em água potável, sendo dois dias imersos e cinco dias em câmara com 55±15% de umidade relativa. A outra metade isenta de cloretos, sofreu ciclos periódicos de secagem e imersão em solução de cloreto de sódio com 2% de concentração, sendo dois dias submersos na solução e cinco dias na câmara com 55 ± 15% de umidade relativa. O comportamento eletroquímico das armaduras contidas nos corpos-deprova foi monitorado por meio das técnicas de potencial de corrosão (Ecorr) e Resistencia de Polarização (Rp) que fornece a densidade de corrente de corrosão (i corr ). O concreto foi monitorado por meio de medidas de resistividade superficial (ρ). 6.1 MATERIAIS Materiais utilizados na confecção do concreto de referência Para a produção do concreto de referência, foram utilizados materiais que são de uso cotidiano na região de Goiânia e encontrados facilmente no mercado local. O cimento utilizado foi o cimento Portland tipo CP II-Z, classe 32, segundo denominação da NBR (ABNT,1991).

82 81 O agregado graúdo utilizado foi o comercialmente denominado de brita 1, com tamanho máximo de 19 mm, de origem micaxisto, proveniente de pedreiras da região. O agregado miúdo foi uma areia média, oriundo de leito de rio. Os agregados graúdo e miúdo foram caracterizados segundo a NBR NM248 (ABNT, 2003), e massa unitária segundo a NBR NM45 (ABNT, 2006). Os ensaios foram realizados no laboratório do Instituto Federal de Goiás (IFG). A consistência do concreto foi fixada em 80 mm (± 10 mm), para fins de trabalhabilidade, a qual foi medida pelo método da determinação de consistência pelo abatimento do tronco de cone, segundo a NBR 7223 (ABNT, 1992). região. A água utilizada foi a fornecida pela companhia de abastecimento da Armadura As armaduras utilizadas para a fabricação dos corpos-de-prova consistem em vergalhões nervurados de aço carbono da classe CA50, fabricados pela Gerdal, e vergalhões lisos de aço carbono da classe CA24, provenientes da obra do Maracanã, ambas com diâmetros nominais de 5mm e 25mm. O vergalhão de aço CA24 não é fabricado para a construção civil brasileira há muitos anos. Por esse motivo, as amostras são procedentes da reforma realizada no Estádio de Futebol Jornalista Mario Filho, mais conhecido como Maracanã, construído no final da década de 40, para a 4ª Copa do Mundo de Futebol de Já o vergalhão de aço CA50 é o mais utilizado na construção civil brasileira atual, tendo sido adquirido no mercado de Goiânia. Os aços foram caracterizados pelo gráfico de tensão versus deformação, pelo alongamento, dobramento, composição química e metalografia. Os resultados encontram-se no Item A preparação das barras de aço, para a realização dos ensaios, foi dividida em três etapas distintas, conforme esquematizado na Figura 6.1.

83 82 Na primeira etapa as barras foram cortadas em comprimentos iguais a 220 mm, utilizando um disco de corte abrasivo, evitando alterar por deformação a estrutura interna do material. Em seguida, suas extremidades foram chanfradas com esmeril, para eliminar o aparecimento de atividade corrosiva em regiões de cantos vivos. Após a limpeza das barras, estas extremidades também foram protegidas do contato com meio externo por meio de fitas isolantes (Figura 6.5). Figura Procedimento para preparação das barras de aço. Na segunda etapa realizou-se a limpeza das barras, a qual foi procedida da seguinte maneira. Inicialmente, as barras sofreram jateamento com granalha de aço para a retirada de todos os óxidos visíveis, principalmente as barras de CA24 procedentes do Maracanã. Este procedimento teve por objetivo padronizar a limpeza e preparo superficial de todas as armaduras. Posteriormente, as barras foram imersas por 15 minutos em solução de ácido clorídrico e água destilada, na proporção 1:1, mais 2g/l do inibidor de corrosão hexametilenotetramina. Depois de concluída a imersão, as barras foram lavadas em água corrente, escovadas com escova de cerdas plásticas e mergulhadas em acetona. A secagem das barras foi realizada com ar quente. A Figura 6.2 mostra imagens tomadas do processo descrito, o qual é preconizado pela norma ASTM G1 (ASTM, 1990).

84 83 Figura Processo de limpeza das barras de aço: (a) Imersão em solução de ácido clorídrico, água destilada e inibidor de corrosão; (b) Limpeza com escova com cerdas de plástico; (c) Imersão em acetona; (d) - Secagem. Concluído o procedimento de limpeza, passou-se para a 3ª etapa onde as barras tiveram suas massas determinadas em balança com precisão mínima de 0,001g (Figura 6.3), e suas dimensões aferidas por paquímetro digital. Uma elevada precisão se faz necessária em razão da área exposta de ensaio ser bastante reduzida, gerando, consequentemente, pequenas perdas de massa absoluta devido à corrosão. Figura 6.3 Aferição do peso da barra

85 84 Por fim, as barras foram envolvidas em uma película plástica transparente e depois em papel toalha, para serem guardadas no interior de um recipiente fechado (Figura 6.4). Este procedimento é necessário para evitar o contato das barras com o ar atmosférico, o que propiciaria o surgimento de uma nova camada de óxidos. Foram utilizadas luvas látex em todas as etapas do manuseio das barras para evitar o contato de substâncias que pudessem promover a oxidação em curto prazo, como por exemplo, os sais presentes no suor. Figura Armazenamento das barras antes da colocação das barras nas formas. Colocou-se uma fita isolante na região das armaduras que fica na interface entre o concreto e o ambiente, a fim de evitar a atividade corrosiva nesta região das barras, devido à influência do ar atmosférico. Foi também delimitada, com fita isolante, uma região de 100 mm, sobre a qual foi estudado o fenômeno da corrosão, como mostrado na Figura 6.5. Figura Detalhe das barras de aço com as áreas de estudo delimitadas com fitas isolantes.

86 DEFINIÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA As dimensões, o traço e o número dos corpos-de-prova foram definidos em função de estudos anteriores realizados na presente linha de pesquisa Traço O concreto utilizado para o experimento foi fabricado com os materiais da região (Item 6.1), sendo o traço unitário de referência igual a 1 : 1,434 : 2,683 : 0,55 (cimento : areia : brita : água), o mesmo utilizado por Duarte (2007) e por Tinoco (2001). O consumo de cimento foi de 400 kg por m 3 de concreto. A relação água/cimento e o teor de argamassa considerados no experimento foram de 0,55 e 57%, respectivamente, com abatimento de tronco de cone de 80 ± 10mm. Estes parâmetros foram escolhidos por dois motivos: primeiro devido ao fato de existirem dados de trabalhos realizados anteriormente que servem como referenciais de comparação, e segundo, por serem valores dos quais mais se aproximam dos concretos executados com maior frequência em obras convencionais. A mistura foi realizada de forma mecânica com a utilização de uma betoneira com 120 litros de capacidade. Os resultados de caracterização do concreto encontram-se no Item Moldagem, cura e armazenamento dos corpos-de-prova Para manter os mesmos cobrimentos de concreto sobre as armaduras, as quais tinham 5 mm e 25mm de diâmetro, foi necessário variar a altura dos corposde-prova prismáticos. Empregaram-se formas de madeira plastificada para moldar os corpos-deprova. Para o aço de 5 mm, os prismas possuíam as dimensões de 200 x 200 x 55 mm. Para o aço de 25 mm, os corpos-de-prova prismáticos formam feitos com 200 x 200 x 75 mm. As Figuras 6.6 e 6.7 mostram os detalhes dos corpos-de-prova. O cobrimento adotado foi de 25 mm para ambos os blocos prismáticos de acordo com a recomendação da norma NBR 6118 (ABNT, 2007). Para tanto, empregaram-se espaçadores plásticos.

87 86 Figura Esquema das dimensões do corpo-de-prova prismático para o aço com 5 mm de diâmetro. Figura Esquema das dimensões do corpo-de-prova prismático para o aço com 25 mm de diâmetro Os corpos-de-prova foram moldados e adensados em mesa vibratória, de acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2003), e desmoldados depois de 24 horas, seguido de cura em câmara úmida por 7 dias. Todos os corpos de prova foram armazenados no Laboratório de Materiais de Construção da UFG Quantidade e distribuição dos corpos-de-prova Foram moldados no experimento 24 corpos-de-prova prismáticos, os quais foram distribuídos da seguinte forma: 12 corpos-de-prova com o aço CA24, sendo 6 com armadura de diâmetro de 25 mm e 6 com diâmetro de 5 mm, e 12 corpos-de-prova com o aço CA50, sendo 6 com armadura de diâmetro de 25 mm e 6 com diâmetro de 5 mm, de acordo com o descrito na Figura 6.8.

88 87 A Figura 6.8, mostra, ainda, que dos 6 corpos-de-prova que possuíam o aço CA24 com armadura de diâmetro de 5mm, 3 corpos-de-prova receberam ciclos de imersão em solução de 2% de NaCl, e os outros 3 corpos-de-prova continham 3% de NaCl em relação a massa de cimento em sua composição. O mesmo procedimento ocorreu com as armaduras de CA24 de 25mm, CA50 de 5mm e CA50 de 25mm, metade recebendo ciclos de imersão em solução de 2% de NaCl e a outra metade contaminado com 3% de NaCl em relação a massa de cimento. Figura Esquema contendo a quantidade de corpos de prova para cada tipo de ensaio do experimento. 6.3 VARIÁVEIS ANALISADAS E EQUIPAMENTOS EMPREGADOS Variáveis avaliadas Variáveis independentes As variáveis independentes são aquelas que uma vez definidas, serão mantidas fixas e inalteradas até o fim do experimento. Foram consideradas, nesta dissertação como variáveis independentes, o tipo de cimento, no caso o CP II-Z, classe 32, o tipo de agregado graúdo e miúdo, a água fornecida pela companhia de distribuição da região, a relação água/cimento (0,55), o teor de argamassa (57%), o abatimento do tronco de cone (80±10mm), sem a utilização aditivo plastificante, o

89 88 teor de Cl - em relação a água de amassamento (3%), e a concentração de NaCl na solução (2%) empregada nos ciclos de imersão e secagem Variáveis dependentes Nesta dissertação foram utilizadas como variáveis dependentes os parâmetros eletroquímicos de corrosão, como a densidade de corrente de corrosão (i corr ) e o potencial de corrosão (Ecorr), que informam sobre o processo de corrosão das armaduras (ativo ou passivo), e a resistividade superficial do concreto (ρ). O tipo e o diâmetro do aço utilizado também foram considerados como variáveis dependentes, eis que foram empregados na pesquisa dois tipos de aço, o CA24 e o CA50, e dois diâmetros diferentes, de 5mm e de 25mm Equipamentos empregados O equipamento utilizado para o monitoramento dos parâmetros eletroquímicos foi o GECOR6 (Figura 6.9), que permite por meio de um método não destrutivo, medir a densidade de corrente de corrosão (i corr ), em μa/cm 2, o potencial de corrosão (Ecorr) em relação ao eletrodo de cobre/sulfato de cobre, em mv, e a resistividade do concreto (ρ), em KΩ.cm. O GECOR6 fornece diversas vantagens, entre elas a sua facilidade de locomoção, com seu peso leve, a automatização, a capacidade de armazenamento, rapidez e confiabilidade, sendo considerado um equipamento com alto grau de confiabilidade. Em estudo realizado por diversos autores, como o de Andrade et al (2004), comparando os resultados obtidos com o GECOR com os obtidos com outros equipamentos, pode-se verificar uma ótima precisão desse equipamento. O equipamento possui três principais componentes: o medidor LG-ECM- 06, onde está à fonte de energia, os comandos, a tela de leitura dos resultados, as conexões de entrada e saída de dados, entre as quais está a de transmissão de dados ao computador; o sensor A, que tem o corpo de metil-metacrilato, possui dois eletrodos circulares de aço inoxidável, com diâmetros, interno/externo de 70/11 e 180/140 mm, respectivamente. O eletrodo interno (menor) funciona como contra eletrodo, e o eletrodo externo serve como um anel de guarda. Os eletrodos são posicionados de forma concêntrica com um eletrodo de Cu/CuS0 4 de referência localizado no centro para gravar o potencial da armadura, E RF1. Dois eletrodos auxiliares adicionais de referência de Cu/CuSO 4 usados para controlar o anel de

90 89 guarda estão posicionados entre o contra eletrodo e o anel de guarda a uma distância de 45 e 60 mm a partir do centro. Os potenciais medidos por estes dois eletrodos são referidos como E REF2 e E RF3 (Figura 6.10); e o sensor B, que permite obter a resistividade elétrica, a temperatura e a umidade relativa do ambiente. Medidor LG-ECM-06 Sensor B Figura Aparelho GECOR6 utilizado na obtenção das medidas eletroquímicas. A i corr calculada pelo GECOR6 foi obtida por meio da medida da resistência de polarização (Rp), ou polarização linear. Esta técnica faz uso direto da Lei de Ohm, determinando uma relação linear entre potencial de polarização e corrente. Onde Ep é o potencial de polarização, Ice é a corrente de polarização, e Ecorr é o potencial de corrosão ou diferença de potencial. A mudança de potencial é obtida pela técnica galvanostática, ou seja, uma corrente constante (I CE ) é aplicada e o potencial de resposta, ΔEp, é registrada após um determinado tempo. O Rp é calculado a partir da resposta potencial medido, ΔEp, corrigida para a resistência ôhmica (IR-drop). Para o cálculo do i corr, o instrumento iniciou o procedimento de medição registrando o potencial da armadura nos três eletrodos de referência localizados no sensor A (Figura 6.10).

91 90 Figura Desenho esquemático dos eletrodos de referência localizados no sensor A. Depois disso, um impulso de corrente curto é aplicado a partir do contra eletrodo. A partir da resposta de potencial medido, o instrumento calculou uma suposta corrente de contra eletrodo, a I CE, após a qual iniciou-se a medição do Rp. Durante a medição, a I CE é manteve-se constante, polarizando a armadura na direção catódica, enquanto que uma segunda corrente (I EE ) foi aplicada a partir do anel de guarda, mantendo constante a diferença de potencial entre os dois eletrodos de referência auxiliares (E REF2 e E REF3 ). Um tempo de polarização de 100s foi usado como padrão. Uma vez que o instrumento operou em conformidade com a técnica de resistência de polarizacao linear galvanostática, a Rp foi calculada a partir da variação de potencial registrado (ΔE REF1 ), corrigido pela resistência ôhmica do cobrimento de concreto, devido a I CE aplicada (Equação 6.1). = (Equação 6.1) Onde, Rp é a resistência de polarização (KOhm); ΔEp é a variação do potencial de polarização (mv); ΔI CE é a variação da corrente no contra eletrodo (µa). Com o conjunto do eletrodo e da técnica de confinamento utilizada, o aparelho determinou um comprimento de 105 mm de armadura a ser polarizada pela

92 91 I CE aplicada. A área de polarização, A, utilizada para o cálculo da i corr, pela Equação 6.2, foi determinada pelo usuário. Um valor constante de 26 mv foi utilizado para o fator de proporcionalidade B, sendo que esse valor podendo ser alterado pelo usuário. c = Onde,. (Equação 6.2) i corr é a densidade de corrosão (µa/cm 2 ); Rp é a resistência de polarização (KOhm); A é a área delimitada para medição (cm 2 ) B é a constante de Stern (Geary,1957) Procedimento de medida da i corr e Ecorr. A metodologia utilizada para a realização das medidas eletroquímicas de densidade de corrente de corrosão (i corr ) e potencial de corrosão (Ecorr) é de fácil aplicação, conforme será demonstrado. Após a conexão dos cabos, colocou-se o anel de guarda (sensor A) em contato com a superfície do concreto, por meio de uma esponja umedecida, a fim de garantir um bom contato eletrolítico com a superfície do concreto. A esponja também ajudou a eliminar possíveis erros de leitura provocados por pequenas deformações superficiais do concreto (GEOCISA, 1993). Os três eletrodos de referência foram posicionados linearmente sobre a posição da armadura, ou seja, adjacentes à armadura. Feito isto, realizou-se uma conexão elétrica entre o aparelho e a armadura por meio de um cabo e um conector metálico. Em seguida, iniciou-se o manuseio do aparelho de forma digital, através de entrada e saída de dados (Figura 6.11).

93 92 Medidor LG- EMC-06 Sensor A Esponja Conexão elétrica com a armadura Figura 6.11 Utilização do GECOR6 no monitoramento da i corr e Ecorr. O procedimento de realização das medidas consistiu na seguinte sequência: a) Selecionar e manter a mesma posição de medida em relação à face do corpo-de-prova; b) Colocar o sensor A sobre a superfície do corpo-de-prova de forma que os três sensores de cobre/sulfato de cobre estejam alinhados linearmente sobre a posição da armadura. c) Verificar criteriosamente todas as conexões do equipamento e entre o equipamento e o corpo-de-prova, garantindo-se que o circuito esteja fechado; d) Permitir o contato eletrolítico entre a superfície do corpo-de-prova e o sensor A, a fim de garantir o fechamento do circuito. Para tanto, recomenda-se umedecer uma esponja e colocá-la entre a superfície do sensor A e a superfície do concreto Procedimento de medida da resistividade superficial do concreto A resistividade elétrica do concreto exerce papel importante na iniciação e, principalmente, na propagação da corrosão. Na fase de propagação da corrosão das armaduras, a resistividade do concreto e a difusão do oxigênio são fatores determinantes da dinâmica do processo de corrosão. O monitoramento da resistividade elétrica com a utilização do GECOR6 é descrito na sequência.

94 93 Após a conexão dos cabos, colocou-se o sensor B sobre a superfície do concreto, na região da armadura. O contato eletrolítico foi obtido por meio de uma esponja umedecida, como demonstrado na Figura Realizou-se uma conexão elétrica entre o aparelho e a armadura por meio de um cabo e um conector metálico e iniciou-se o manuseio do aparelho de forma digital, através de entrada e saída de dados. Medidor LG- EMC-06 Sensor B Esponja Conexão elétrica com a armadura Figura Utilização do GECOR 6 no monitoramento da resistividade elétrica do concreto. 6.4 AVALIAÇÕES REALIZADAS A análise dos resultados obtidos nos itens e possibilitou a discussão sobre a resistência à corrosão dos aços CA24, em relação ao CA50, e a resistência à corrosão de aços de mesma característica químicas, porém com diâmetros diferentes Avaliação da resistência dos aços à corrosão devido à presença de cloretos na água de amassamento. Logo após a moldagem dos corpos-de-prova foi realizado um acompanhamento das medidas eletroquímicas da armadura por meio das medidas de densidade de corrente de corrosão (i corr ) e do potencial de corrosão (Ecorr). A corrosão do aço era esperada, uma vez que se adicionou 3% de cloreto de sódio na água de amassamento do concreto. O processo de avaliação da resistência dos aços à corrosão, devido à presença de cloretos na água de amassamento, está esquematizado na Figura 6.13.

95 94 Os corpos-de-prova foram monitorados desde a moldagem até rompimento, conforme esquematizado na Figura Após o rompimento, foi verificado o grau e tipo de corrosão ocorrida nas barras de aço, aferição de seus pesos e diâmetros, para o cálculo da perda de massa gravimétrica que é realizada segundo a Equação 6.3. = (Equação 6.3) Onde: é a perda de massa gravimétrica (mg); é a massa inicial da armadura após a limpeza (mg); é a massa final da armadura após ensaio e nova limpeza (mg). A perda de massa gravimétrica (ΔMg) foi comparada com a perda de massa eletroquímica (ΔMe). A ΔMe foi obtida através do somatório das áreas dos trapézios situadas abaixo da curva da i corr em função do tempo (I t ), com a aplicação da Equação 6.4. = + 2. ( ) (Equação 6.4) Onde: I t é a área situada abaixo da curva de i corr (µa/cm 2 ). i f a intensidade de corrente final i i a intensidade de corrente inicial t f o tempo final t i o tempo inicial Introduzido o valor de I t em µa/cm 2 na formula da Lei de Faraday, obtémse o valor da perda de massa eletroquímica ΔMe (Equação 6.5). =,. (Equação 6.5)

96 95 Onde: ΔMe é a perda de massa eletroquímica (mg/cm 2 ); 0,025 é uma constante da Lei de Faraday; I t é a área situada abaixo da curva de i corr (µa/cm 2 ). Figura Esquema da avaliação de resistência dos aços á corrosão devido à presença de cloretos na água de amassamento Avaliação da resistência dos aços à corrosão devido a ciclos de imersão em solução com NaCl. Após a realização da desmoldagem dos corpos-de-prova, estes foram monitorados até o rompimento. Somente após a comprovação do estado passivo das armaduras é que os ciclos de imersão em solução com cloretos e secagem se iniciaram. A despassivação da armadura demora algum tempo, uma vez que os íons Cl - penetram aos poucos no concreto. O processo de avaliação dos aços à corrosão, devido aos ciclos periódicos de imersão em solução de NaCl e secagem, está esquematizado na Figura Os corpos-de-prova foram monitorados desde a desmoldagem até o rompimento (Figura 6.15), conforme esquematizado na Figura Após o rompimento, foi verificado o grau e tipo de corrosão ocorrida nas barras de aço, e a

97 96 aferição de seus pesos e diâmetros para a determinação da perda de massa gravimétrica (ΔMg). Figura Esquema da avaliação de resistência dos aços à corrosão devido a ciclos de imersão em solução com NaCl. A perda de massa gravimétrica (ΔMg) foi comparada com a perda de massa eletroquímica (ΔMe). A ΔMg e a ΔMe foram obtidas através das Equações, 6.3 e 6.5 citadas no item Figura Rompimento dos corpos-de-prova