UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI LUCIANA PEREIRA DE SOUZA BUONO CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ENSAIOS ELETROQUÍMICOS

UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI LUCIANA PEREIRA DE SOUZA BUONO CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ENSAIOS ELETROQUÍMICOS SÃO PAULO 2006

LUCIANA PEREIRA DE SOUZA BUONO CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ENSAIOS ELETROQUÍMICOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Orientador: Profº Tiago Garcia Carmona SÃO PAULO 2006

LUCIANA PEREIRA DE SOUZA BUONO CORROSÃO DE ARMADURAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ENSAIOS ELETROQUÍMICOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Trabalho em de de 2006. Tiago Garcia Carmona Fernando José Relvas Comentários:

AGRADECIMENTOS À Deus, que a todo momento mostra-se presente em minha vida. À empresa EXATA Engenharia, Eng. Tiago, Eng. Thomas e Eng. Antonio Carmona que mostraram uma imensa vontade de dividir e aumentar conhecimentos que me motivaram. Ao Eng. Eder Toshio, Eng. Cláudio Murakami, Eng. Carlos Eduardo Takaoka e a muitos outros companheiros de trabalho que me apoiaram. Ao meu marido, que teve paciência com minha falta de tempo. Aos meus pais, que sempre estão por perto.

RESUMO Este trabalho apresenta os principais ensaios eletroquímicos utilizados para avaliação, monitoração e controle da corrosão em concreto armado. Descreve os aspectos do problema da corrosão de metais: formas de ocorrência e particularidades, fatores intervenientes e uma aplicação destes ensaios em uma análise crítica de um caso prático em uma estrutura em concreto armado no porto em Santos. Finalmente, faz uma comparação dos ensaios de potencial elétrico realizados antes e após a recuperação de parte da estrutura. Palavras chave: Corrosão. Ensaio Eletroquímico. Concreto Armado.

ABSTRACT This work shows the main electrochemicals tests used for valuation, monitoring and control of steel corrosion in concrete. It describes the aspects of steel corrosion problems: forms of occurrence and features, intervenient factors and an application of this test on a critical analysis of a practical case in reinforced concrete structure on a port in Santos. Finally, it does a comparison between the electrochemicals tests applied before and after the recuperation of structure part. Words key: Corrosion. Electrochemical. Test. Reinforced Concrete.

LISTA DE FIGURAS Figura 5.1 Tipos de corrosão e fatores que as provocam (CASCUDO, 1997).... 22 Figura 5.2 Pilha eletroquímica clássica (CASCUDO, 1997)... 25 Figura 5.3- Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico, delimitando os domínios de corrosão, passivação e imunidade (CASCUDO, 1997)... 26 Figura 5.4 Esforços produzidos que levam à fissuração e destacamento do concreto, devidos à corrosão de armaduras (CASCUDO, 1997).... 30 Figura 5.5 Vista de um pilar apresentando flambagem da armadura longitudinal (CASCUDO, 1997)... 30 Figura 5.6 Detalhe da estrutura de concreto armado de uma plataforma de pesca no Rio Grande do Sul (CASCUDO, 1997).... 31 Figura 5.7 Curva de Tafel ideal (CASCUDO, 1997).... 40 Figura 5.8 Evolução do Rp aparente dos circuitos A e B (CASCUDO, 1997).... 42 Figura 5.9 Variação de Rp e Icorr (CASCUDO, 1997).... 43 Figura 5.10 Sistema para medida de resistência de polarização (CASCUDO, 1997)... 46 Figura 5.11 Distribuição não uniforme do sinal elétrico pelo CE sobre a armadura área polarizada indefinida (CASCUDO, 1997)... 46 Figura 5.12 Camada superficial de concreto altamente resistivo (CASCUDO, 1997)... 51 Figura 5.13 Medida de potencial afetada pelo cobrimento do concreto (CASCUDO, 1997)... 51 Figura 5.14 Mapas de potenciais (CASCUDO, 1997)... 54 Figura 5.15 Circuito básico para a técnica de medida de resistência elétrica de uma sonda embutida no concreto (CASCUDO, 1997)... 57 Figura 5.16 Instalação de sonda de resistência elétrica embutido em concreto (CASCUDO, 1997)... 58 Figura 6.1 Vista geral do cais... 60 Figura 6.2 Vista das estacas... 60 Figura 6.3 - Estaca próxima a junta de dilatação (EXATA, 2005)... 61

Figura 6.4 Estacas de periferia (EXATA, 2005)... 62 Figura 6.5 Estaca com ruptura junto a laje (EXATA, 2005)... 62 Figura 6.6 Estacas com ruptura abaixo do nível d água (EXATA, 2005)... 63 Figura 6.7 Exposição de armaduras nas estacas (EXATA, 2005)... 63 Figura 6.8 Ensaio de ultra-som (EXATA, 2005)... 67 Figura 6.9 Medida de perda de seção (EXATA, 2005)... 70 Figura 6.10 Amostras de concreto (EXATA, 2005).... 72 Figura 6.11 Ensaio de profundidade de carbonatação (EXATA, 2005)... 74 Figura 6.12 Medida de temperatura e umidade (EXATA, 2005)... 75 Figura 6.13 Determinação da temperatura da água (EXATA, 2005)... 76 Figura 6.14 Coleta de amostra de água para realização de ensaios em laboratório (EXATA, 2005).... 77 Figura 6.15 Pólo do milivoltímetro conectado à armadura... 80 Figura 6.16 Traçado de malha para orientação... 81 Figura 6.17 Medida de potencial... 81 Figura 6.18 Esquema, em vista da realização dos ensaios... 82 Figura 6.19 Posição dos ensaios... 82 Figura 6.20 Gráfico de potenciais versus tempo (CASCUDO, 1992).... 87

LISTA DE TABELAS Tabela 5.1 Critério para avaliação da corrosão pela velocidade obtida pelos métodos de resistência de polarização... 48 Tabela 5.2 Avaliação dos resultados obtidos mediante a técnica de medida de potenciais de eletrodo.... 55 Tabela 5.3 Risco de dano da corrosão e em função do potecial e das condições do concreto e do meio-ambiente... 55 Tabela 6.1 Resistência à compressão... 64 Tabela 6.2 Absorção de água por imersão... 65 Tabela 6.3 Absorção de água por capilaridade... 66 Tabela 6.4 Parâmetros para análise do ensaio de ondas de ultrasom... 67 Tabela 6.5 Ultra-som... 68 Tabela 6.6 Dureza superficial... 68 Tabela 6.7 Cobrimento de armaduras... 69 Tabela 6.8 Perda de seção de concreto das estacas... 69 Tabela 6.9 Perda de seção das armaduras... 71 Tabela 6.10 Teor de cloretos... 72 Tabela 6.11 Teor de sulfatos... 73 Tabela 6.12 Profundidade de carbonatação... 74 Tabela 6.13 Risco de corrosão de armadura (CEB, 2002)... 75 Tabela 6.14 Umidade e temperatura... 76 Tabela 6.15 Característica da água... 77 Tabela 6.16 Ensaio eletroquímico de potenciais elétricos... 78 Tabela 6.17 Ensaio de Potencial na estaca E1233... 83 Tabela 6.18 Ensaio de potencial na estaca E1226... 83 Tabela 6.19 Ensaio de Potencial na estaca E1086... 84 Tabela 6.20 Ensaio de potencial na estaca E1424... 85

LISTA DE SÍMBOLOS E DE SIGLAS ddp mg/dc²/dia mpy mmpy ipy μmpy i i corr A/cm² ΜA/ cm² Ca(OH) 2 NaOH KOH ph Rp ΔE ΔI B mv βa βc E corr c τ CA IR l L D Diferença de potencial Miligramas por decímetro quadrado por dia Milésimos de polegadas por ano Milímetros por ano Polegadas por ano Micrometros por ano Corrente elétrica Corrente de corrosão Ampere por centímetro quadrado Micro Ampere por centímetro quadrado Hidróxido de cálcio Hidróxido de sódio Hidróxido de potássio Potencial hidrogeniônico Resistência de polarização Variação do potencial Intensidade de corrosão Constante de proporcionalidade obtido por Stern & Geary Milivolts Constante de Tafel anódica Constante de Tafel catódica Potencial de corrosão Capacitância da dupla camada elétrica Tempo necessário para atingir o estado estacionário na polarização galvanostática Corrente alternada Queda ôhmica comprimento Comprimento do sinal elétrico Diâmetro da área circular do anel de confinamento

Cl - UR Cu/CuSO 4 O 2 H 2 O CO 2 k SO 3 E A Ω Ωm Íons de cloreto Umidade relativa do ar Cobre/ sulfato de cobre Oxigênio Água Gás carbônico Coefiente de carbonatação do concreto Anidrido sulfúrico Diferença de potencial Área da seção transversal Ohms Ohms x metro

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 15 2 OBJETIVOS... 17 2.1 Objetivo geral 17 2.2 Objetivo específico 17 3 MÉTODO DE TRABALHO... 18 4 JUSTIFICATIVA... 19 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 20 5.1 Generalidades da corrosão eletroquímica em meio aquoso 20 5.1.1 Definição... 20 5.1.2 Classificação... 21 5.1.3 Mecanismo... 22 5.1.3.1 Definições... 22 5.1.3.2 Corrosão Eletroquímica em Meio Aquoso... 24 5.2 Corrosão de armaduras em concreto 25 5.2.1 Caso específico do concreto... 26 5.2.1.1 Período de Iniciação... 27 5.2.1.2 Período de Propagação... 28 5.2.2 Conceito de micro e macropilha... 28 5.2.3 Produtos de corrosão... 29 5.2.4 Efeitos da corrosão... 29 5.3 Fatores intervenientes 31 5.3.1 Cobrimento... 31 5.3.2 Temperatura... 32 5.3.3 Tipo de cimento e adições... 32 5.3.4 Tipo de aço... 32 5.3.5 Fissuras do concreto de cobrimento... 33 5.3.6 Relação água/ cimento... 33 5.3.7 Permeabilidade e absorção... 33 5.3.8 Resistividade elétrica do concreto... 34 5.4 Avaliação da corrosão de armaduras 34 5.4.1 Inspeção de estruturas de concreto com ênfase no controle... 35

5.4.1.1 Identificação da corrosão e natureza do ataque... 35 5.4.1.2 Avaliação qualitativa e quantitativa da corrosão... 37 5.5 Técnicas eletroquímicas para monitoramento, avaliação e estudo da corrosão em armaduras de concreto 37 5.5.1 Técnica da resistência de polarização... 37 5.5.1.1 A interferência da queda ôhmica na determinação de Rp... 44 5.5.1.2 Aplicação da técnica... 45 5.5.1.2.1 Procedimentos de aplicação... 45 5.5.1.2.2 Informações obtidas... 47 5.5.1.3 Critério de avaliação... 48 5.5.2 Técnica de potenciais de corrosão... 48 5.5.2.1 Histórico... 48 5.5.2.2 Princípio da técnica... 49 5.5.2.3 Fatores intervenientes nas medidas de potencial... 50 5.5.2.3.1 Camadas superficiais de concreto de alta resistividade... 50 5.5.2.3.2 Qualidade do concreto e espessura do cobrimento... 51 5.5.2.3.3 Frentes de carbonatação e cloretos... 52 5.5.2.3.4 Teor de umidade do concreto... 52 5.5.2.3.5 Correntes de fuga... 53 5.5.2.4 Apresentação dos resultados... 53 5.5.2.5 Critérios de avaliação... 54 5.5.3 Técnica da resistência elétrica... 56 5.5.3.1 Procedimentos de aplicação... 58 6 ESTUDO DE CASO CAIS TERMAG... 59 6.1 Descrição do local 59 6.2 Introdução 60 6.3 Danos encontrados nas estacas 61 6.4 Ensaios para caracterização da estrutura 64 6.4.1 Análise visual... 64 6.4.2 Resistência à compressão... 64 6.4.3 Absorção de água por imersão... 65 6.4.4 Absorção de água por capilaridade... 66 6.4.5 Velocidade de propagação de ondas de ultrasom... 66 6.4.6 Dureza superficial do concreto... 68

6.4.7 Cobrimento das armaduras... 69 6.4.8 Perda de seção de concreto das estacas... 69 6.4.9 Perda de seção das armaduras... 70 6.4.10 Teor de cloretos... 71 6.4.11 Teor de sulfatos... 73 6.4.12 Profundidade de carbonatação... 73 6.4.13 Umidade relativa do ar e temperatura ambiente e da água... 75 6.4.14 Agressividade da água... 76 6.5 Ensaio de Potencial elétrico para avaliação da corrosão -1ª série (2005) 78 6.6 Ensaio de Potencial elétrico para avaliação da corrosão -2ª série (agosto/ 2006) 79 6.6.1 Procedimentos... 80 6.6.2 Resultados... 82 7 COMPARAÇÃO CRÍTICA...87 CONCLUSÕES...89 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...90 ANEXO A ANÁLISE VISUAL DAS ESTACAS...92 ANEXO B PLANTA DE FUNDAÇÕES...97 ANEXO C DETALHE DE REPARO COM USO DE ÂNODO DE SACRIFÍCIO...99 ANEXO D DETALHE DE REPARO SEM O USO DO ÂNODO...101

15 1 INTRODUÇÃO É notório o uso do concreto pela humanidade. Este material só perde em utilização no nosso planeta para a água; pois, segundo METHA (1994) apud NOBREGA, (2002), apesar de não ser tão resistente e tenaz quanto o aço, apresenta resistência à ação da água, mostra-se de fácil execução quando em elementos estruturais, e por último, apresenta-se mais barato e mais facilmente produzido no canteiro. Hoje vemos uma grande quantidade de obras de reestruturação e reforço (viadutos, edifícios, etc), devido a diversos fatores: desgaste por intempéries com o tempo, desgaste pela agressividade do meio (áreas litorâneas ou grandes centros urbanos, poluição), além de deficiência no dimensionamento e execução, aumento de carga atuante e muitos outros fatores que interferem no uso de uma estrutura. Além disso, se observa que a vida útil das estruturas em muitos casos supera as expectativas de projeto. Diversas são as manifestações patológicas observadas nas estruturas, entre elas: degradação química, flechas, nichos, fissuras ativas e passivas, manchas superficiais e corrosão das armaduras. Estas manifestações diminuem a vida útil da estrutura, elevam o custo de manutenção e em casos extremos podem levar até a ruína. De acordo com a Lei de Custos (SITTER, 1984 apud HELENE, 2001 ) o custo de uma ação corretiva, ou seja, após a manifestação do problema, varia 5 a 25 vezes o custo da manutenção preventiva. Por essa razão a identificação precoce de danos resulta em uma substancial economia na manutenção de estruturas. A avaliação dos níveis de corrosão e a monitoração de sua evolução são importantes ferramentas quando se deseja realizar a manutenção de uma estrutura.

16 Dentro dos ensaios não destrutivos que permitem a monitoração e avaliação, os ensaios eletroquímicos são de maior importância, por ser a corrosão um fenômeno eletroquímico. Neste trabalho temos o fenômeno de corrosão das armaduras sob o enfoque nos principais ensaios eletroquímicos disponíveis, suas características, aplicações e relação com outros ensaios (físicos, químicos e etc).

17 2 OBJETIVOS Neste trabalho se objetiva estudar os fenômenos relacionados à corrosão com enfoque nos ensaios eletroquímicos. 2.1 Objetivo geral Identificar os principais aspectos relacionados ao processo da corrosão em estruturas de concreto armado: os mecanismos de corrosão, suas principais características, classificações e apresentar os principais métodos de avaliação e monitoração da corrosão por ensaios eletroquímicos. 2.2 Objetivo específico Identificar as características, vantagens e desvantagens dos diversos ensaios eletroquímicos utilizados na avaliação e monitoração de corrosão em estruturas de concreto armado. Analisar um caso, comparando os resultados de um ensaio eletroquímico antes e após a recuperação.

18 3 MÉTODO DE TRABALHO Este trabalho tem como base, pesquisa em publicações, livros, teses, sites e conhecimento adquirido com visitas a profissionais que militam na área. Ao final do trabalho um estudo de caso que exemplifica a aplicação dos ensaios eletroquímicos.

19 4 JUSTIFICATIVA De acordo com a NBR 6118/2003, As estruturas de concreto devem ser projetadas, construídas e utilizadas de modo que sob as condições ambientais e respeitadas as condições de manutenção preventivas especificadas no projeto, conservem sua segurança, estabilidade, aptidão em serviço e aparência aceitável durante um período prefixado de tempo, sem exigir medidas extras de manutenção e reparo. Nas últimas décadas está sendo verificada a necessidade de que essas estruturas resistam por muito mais tempo do que sua vida útil de projeto, pois não é viável a substituição de pontes, viadutos, prédios, etc, muito menos a sua inutilização. Além de que existe a necessidade de monitoração destas estruturas devido a mudanças de uso, aumento de carga entre outros fatores. Sendo assim atualmente se torna maior a importância dos métodos para a avaliação das condições de estabilidade e segurança das estruturas. Este trabalho trata do problema da corrosão de armaduras de estruturas em concreto armado, visto ser um dano que representa 20% de incidência nas manifestações patológicas em estruturas de concreto armado (HELENE, 2001). E sendo os ensaios eletroquímicos uma forma de avaliação e monitoração in loco de estruturas em concreto armado, não destrutivos e ainda capazes de indicar a probabilidade de corrosão antes do aparecimento de sintomas aparentes, estes, são o enfoque do trabalho.

20 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Na seqüência, uma introdução ao problema da corrosão, sua ocorrência no concreto armado, avaliação e monitoração por Ensaios Eletroquímicos. 5.1 Generalidades da corrosão eletroquímica em meio aquoso Este item apresenta algumas generalidades da corrosão eletroquímica em meio aquoso. 5.1.1 Definição Diversas são as definições dadas ao processo de corrosão entre elas: Processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original. Destruição ou deterioração de um material devido à reação química ou eletroquímica com seu meio Transformação de um material pela sua interação química ou eletroquímica com o meio Para o estudo aqui apresentado, a melhor definição é a apresentada por CASCUDO (1997), A corrosão pode ser definida como a interação destrutiva ou a interação que implique inutlização para uso, de um material com o ambiente, seja por reação química, ou por eletroquímica. No caso de um metal, ele é convertido a um estado não metálico; quando isto ocorre, o metal perde suas qualidades essenciais tais como resistência mecânica, elasticidade e ductilidade.

21 5.1.2 Classificação Para um melhor entendimento dos processos e características envolvidos nos processo de corrosão de armaduras, as diversas bibliografias, vem ao longo da história apresentando diversas formas de classificá-los. A seguir apresentamos as classificações que são de interesse neste estudo: Segundo a natureza do processo a corrosão é classificada como: corrosão eletroquímica: é um ataque de natureza eletroquímica, ocorrendo em meio aquoso, formando uma pilha 1, com eletrólito 2 (formado a partir da presença de umidade no concreto) e diferença de potencial entre trechos da superfície metálica. Esse é o caso mais nocivo às obras civis; corrosão química: que acontece com a reação gás-metal, formando uma película de óxido. Não provoca deterioração substancial das superfícies metálicas, exceto quando interagirem com gases extremamente agressivos. Segundo a morfologia, a corrosão é separada conforme Figura 5.1: corrosão generalizada: ocorre em toda a superfície metálica. Pode ser uniforme (superfície regular) ou não uniforme (superfície irregular); corrosão puntiforme (pite): é localizada, tendendo a aprofundar-se e causar ruptura pontual. Tende a ser gravíssima, pois a corrosão é tão intensa quanto maior a relação área catódica/ anódica, no entanto, nos casos práticos da corrosão aço-carbono no concreto não é registrada a ocorrência do pite clássico, como visto em outros meios e com outros materiais (CASCUDO, 1997) ; 1 PILHA OU CÉLULA ELETROQUÍMICA: fonte geradora de corrente onde se tem uma zona anódica (onde ocorrem reações de oxidação, tendo-se a dissolução do metal), uma zona catódica (onde ocorrem as reações de redução de espécies eletroquímicas ou íons do eletrólito), um condutor metálico que permite a condução do fluxo eletrônico no sentido ânodo-cátodo e o eletrólito (CASCUDO, 1997). 2 ELETRÓLITO: constitui uma solução carregada ionicamente, essa fase líquida é essencial ao processo eletroquímico de corrosão porque permite ocorrerem as reações anódicas e catódicas, além, de possibilitar também a ocorrência do fluxo iônico do processo, o qual compõe a corrente elétrica de corrosão (CASCUDO, 1997).

22 corrosão sob tensão fraturante: também localizada, ocorre em armaduras sujeitas a altas tensões de tração, dando origem a fissuras na estrutura do aço. Geralmente ocorre em estruturas protendidas, mas pode ocorrer também em estruturas em concreto armado. Caracteriza-se por se tratar de uma corrosão sem sintomas visuais e por rupturas bruscas. Figura 5.1 Tipos de corrosão e fatores que as provocam (CASCUDO, 1997). 5.1.3 Mecanismo Apresentamos, na seqüência, uma descrição dos mecanismos do processo de corrosão. Para o melhor entendimento, inicialmente se apresenta as principais definições e conceitos utilizados. 5.1.3.1 Definições Eletrodo Conforme CASCUDO (1997), É definido quando, ao mergulhar um metal numa solução aquosa, observase uma situação de equilíbrio ou estado estacionário, caracterizada pela

23 formação da dupla camada elétrica (arranjo de partículas carregadas e/ou dipolos orientados existentes em qualquer interface material/ meio aquoso). Potencial de eletrodo Quando se examina a dupla camada elétrica temos uma distribuição de cargas elétricas, estabelecendo uma diferença de potencial (ddp) entre o metal e a solução que varia com a relação entre o eletrólito e o eletrodo. Caso o sistema esteja em equilíbrio, o potencial do eletrodo é chamado de Potencial de Equilíbrio. Eletrodo de referência Medir o valor absoluto da diferença de potencial (ddp) é inviável, visto que para se medir seria necessária a inserção de um outro elemento metálico na solução, causando uma nova diferença de potencial, formando assim uma célula eletroquímica (dois eletrodos metálicos em contato elétrico, imersos em eletrólito). Com isso foi necessária a utilização de eletrodos de referência, para o caso de armaduras para concreto armado são mais utilizados os de calomelano saturado e sulfato de cobre. Polarização do eletrodo Numa condição de equilíbrio, através da dupla camada elétrica temos um potencial de equilíbrio que caracteriza a reação de um determinado eletrodo. Se esse potencial for alterado de alguma forma, temos que o eletrodo sofreu polarização. Particularmente quando uma amostra metálica apresenta corrosão eletroquímica, ela assume um potencial, no qual a taxa de oxidação no ânodo é exatamente igual à taxa de reação de redução no cátodo, ou seja, todos os elétrons liberados nas reações anódicas de oxidação são consumidas nas reações catódicas de redução, caracterizando assim a pilha ou célula eletroquímica de corrosão; esse potencial está em um equilíbrio dinâmico com o meio (embora a corrosão se processe indefinidamente) e é conhecido por Potencial de Corrosão (Ecorr) (CASCUDO, 1997). Taxa de corrosão

24 Expressa a velocidade do processo de corrosão. As principais unidades são mg/dm2/dia (mmd miligramas por decímetro por dia) ou mpy (milésimos de polegadas por ano) ou mmpy (milímetros por ano). Essa medida é importante visto que a corrosão depende da área de superfície metálica exposta ao meio aquoso e por quanto tempo. Ainda existem outras duas formas de medir a profundidade do ataque, ipy (pol/ ano) e μmpy (micrometros/ ano). Outra forma de medir a taxa de corrosão é medindo o movimento de elétrons de regiões anódicas para catódicas, através da densidade de corrente de corrosão (icorr), cujas unidades são Ampere por centímetro quadrado (A/cm²) ou micro Ampere por centímetro quadrado (μa/ cm²). Quanto maior a corrente elétrica, maior a taxa de corrosão. Assim, temos como calcular a quantidade de metal, em massa, que se corrói, quando conhecemos a densidade da corrente elétrica do sistema, que é dado pelo quociente entre a corrente de corrosão e a área anódica. 5.1.3.2 Corrosão Eletroquímica em Meio Aquoso Quando um metal é introduzido em uma solução contendo íons, inclusive íons desse metal, há um movimento entre o potencial do metal e da solução a fim de entrarem em equilíbrio, formando a dupla camada elétrica. Se forem inseridos dois metais diferentes poderemos ter dois equilíbrios entre os metais e a solução. Se esses metais tiverem um condutor metálico, haverá a passagem espontânea de elétrons pelo condutor no sentido do metal de maior densidade (eletrodo de potencial mais eletronegativo) para aquele de densidade menor, ou seja, do metal menos nobre para o mais nobre, formando assim uma fonte geradora de corrente, uma pilha eletroquímica, conforme figura 5.2.

25 Figura 5.2 Pilha eletroquímica clássica (CASCUDO, 1997) A pilha eletroquímica pode acontecer também entre o mesmo metal, ocorrendo entre regiões diferentes da superfície do mesmo, como acontece nas armaduras das estruturas em concreto armado. As pilhas são formadas por: ânodo: eletrodo (metal) que sofre oxidação. Perde elétrons para o cátodo. cátodo: há um ganho de elétrons, onde ocorre a deposição catódica; eletrólito: condutor (usualmente um líquido) com íons que transportam a corrente elétrica; circuito metálico (condutor): ligação metálica entre o ânodo e o cátodo, por onde escoam os elétrons no sentido ânodo-cátodo. 5.2 Corrosão de armaduras em concreto A corrosão de armaduras em concreto é um caso específico de corrosão eletroquímica, como segue:

26 5.2.1 Caso específico do concreto No concreto, o eletrólito apresenta características de resistividade elétrica mais altas que os eletrólitos típicos (meio aquoso comum, não confinado a uma rede de poros, como é o caso do concreto) (CASCUDO, 1997). O interior do concreto é um meio altamente alcalino (ph em torno de 12,5). Esta alcalinidade se deve da fase líquida dos poros do concreto, onde nas primeiras idades, é uma solução saturada de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), oriunda das reações de hidratação do cimento. Via de regra, o concreto mantém esta alcalinidade em idades avançadas, sendo que composta por hidróxido de sódio (NaOH) e hidróxido de potássio (KOH), originados no álcalis do cimento. O diagrama potencial versus ph do sistema ferro-água a 25 C (figura 5.3), que para a ordem de grandeza do ph do concreto (aproximadamente 12,5) e para uma faixa usual de potencial de corrosão, também no concreto, da ordem de +0,1 a 0,4 V em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio, as reações de eletrodo verificadas no ferro são de passivação (CASCUDO, 1997). Figura 5.3- Diagrama de Pourbaix de equilíbrio termodinâmico, delimitando os domínios de corrosão, passivação e imunidade (CASCUDO, 1997).

27 Esse diagrama demonstra um processo particular de reação corrosiva termodinamicamente favorável. Assim, a armadura presente no interior do concreto, no meio alcalino, está protegido da corrosão, devido a uma película de proteção, de caráter passivo, que envolve a armadura. Esta película é muito aderente ao aço e invisível. Ela é formada rapidamente nas reações de oxidação do ferro e de redução do oxigênio inicialmente presente na fase líquida dos poros do concreto. No estado de passivação, a corrosão não é nula, mas é extremamente limitada pela resistência ôhmica da película. Dessa forma, iremos dividir o mecanismo de corrosão em duas fases: Iniciação e propagação 5.2.1.1 Período de Iniciação O período de iniciação vai da aplicação da armadura ao momento da ação do agente agressivo sobre a armadura. A presença da película de passivação protege a armadura de processos corrosivos, no entanto, pode ser perdida em duas situações: - presença de uma quantidade suficiente de íons cloreto: podem vir do meio externo e atingir a armadura por difusão ou já estarem no interior do concreto, devido à água de amassamento e/ou agregados contaminados, ou até pela adição de aceleradores de pega à base de cloretos; - diminuição da alcalinidade do concreto: pode ocorrer devido a reações de carbonatação ou à penetração de substâncias ácidas no concreto. Em algumas situações, a queda da alcalinidade pode ocorrer devido a lixiviação (lavagem) do concreto, mas é necessário que haja uma certa pressão hidráulica no concreto devido a ação de águas.

28 5.2.1.2 Período de Propagação É o período que vai do início do processo de corrosão até este atingir um nível inaceitável de corrosão. Uma vez despassivada a armadura, ela fica vunerável à corrosão, iniciando-se o processo de propagação do fenômeno desde que haja os elementos básicos (eletrólito, diferença de potencial e oxigênio). 5.2.2 Conceito de micro e macropilha As macropilhas são pilhas onde as áreas anódicas e catódicas são consideravelmente afastadas uma das outras, já nas micropilhas, as distâncias são microscópicas. A ação de macropilhas no concreto ocorre quando há variação de qualidade (porosidade, permeabilidade, etc) no concreto. Só é possível com condutividade elétrica elevada, havendo continuidade do eletrólito entre o ânodo e o cátodo. Consistindo em áreas corroídas (ânodo) e outras em perfeito estado (cátodo). A ação de micropilhas no concreto pode ocorrer devido a cloretos (em altos níveis) e à queda do ph (carbonatação), mas sua ocorrência tende a ser em regiões de menor heterogeneidade do concreto. Temos que em estruturas de concreto predominam a ação de micropilhas. Se forem observadas grandes desuniformidades ou variação acentuada na espessura do cobrimento no concreto ou mesmo ataques diferenciados do ambiente, geralmente se instala uma situação mista. Nas áreas onde os agentes agressivos penetram,

29 formam-se zonas de micropilhas. Como próximo a essas áreas existem zonas em perfeito estado, estas começam a funcionar como ânodo, fornecendo elétrons para as áreas sem processo de corrosão, havendo a redução de oxigênio, processo da macropilha. Então temos a área de micropilha funcionando como ânodo da macropilha, sem perder totalmente suas características, sendo que somente as condições do concreto indicarão qual processo será predominante. 5.2.3 Produtos de corrosão Os produtos finais da corrosão de armaduras dependem de diversos fatores como, por exemplo, a temperatura, teor de cloretos, poluição. Os produtos geralmente encontrados são a goetita, a lepidocrocita e a magnetita. Sendo que os produtos goetita e a lepidocrocita são expansivos, enquanto a magnetita não apresenta um volume tão grande na formação da ferrugem. 5.2.4 Efeitos da corrosão Os produtos da corrosão são uma variedade de óxidos e hidróxidos de ferro que ocupam o local da armadura, com volumes de 3 a 10 vezes superiores ao volume original do aço da armadura, o que causam grandes tensões internas no concreto. Conforme o processo de corrosão aumenta, esses produtos expansivos vão se acumulando ao redor das armaduras, formando crostas. Os esforços agem de forma radial na barra, gerando tensões de tração que fissuram o concreto, fissuras que aumentam com o decorrer do processo, podendo, inclusive causar o destacamento de placas de concreto.

30 Em peças como pilares, submetidas a flexocompressão, esse destacamento do concreto significa perda de seção da estrutura, fazendo com que a armadura passe a suportar as cargas de compressão, fazendo com que as armaduras sofram deformações como a flambagem das barras verticais (figura 5.5). Figura 5.4 Esforços produzidos que levam à fissuração e destacamento do concreto, devidos à corrosão de armaduras (CASCUDO, 1997). Figura 5.5 Vista de um pilar apresentando flambagem da armadura longitudinal (CASCUDO, 1997). Mas, nem toda corrosão provoca fissuras no concreto. Se o concreto estiver úmido, os óxidos podem migrar através dos poros e aparecerem na superfície em forma de manchas marrom-avermelhadas, que podem aparecer não coincidenetes com a posição das armaduras (figura 5.6).