Estudo da resistência à corrosão dos vergalhões CA-25 e CA-50 utilizados na construção civil / Corrosion resistance study of the CA-25 and CA-50 rebars used in civil construction

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Estudo da resistência à corrosão dos vergalhões CA-25 e CA-50 utilizados na

construção civil

Corrosion resistance study of the CA-25 and CA-50 rebars used in civil

construction

DOI:10.34117/bjdv6n8-262

Recebimento dos originais: 15/07/2020 Aceitação para publicação: 17/08/2020

Elenildo Barros da Silva

Mestrando em Engenharia Mecânica pela UFPA Instituição: Universidade Federal do Pará

Endereço: R. Augusto Corrêa, 01 - Guamá, Belém - PA, 66075-110 E-mail: elebarros@gmail.com

Kleyton Trindade Alho

Bacharel em Engenharia de Produção pela Estácio Instituição: Faculdade Estácio de Belém – Campus Nazaré

Endereço: Av. Gov. José Malcher, 1148 - Nazaré, Belém - PA, 66055-260 E-mail: kleytonengenharia@outlook.com

Luan Peres Oliveira

Endereço: Av. Gov. José Malcher, 1148 - Nazaré, Belém - PA, 66055-260 E-mail: luan1097@hotmail.com

Wendell Leon Nunes de Lima

Endereço: Av. Gov. José Malcher, 1148 - Nazaré, Belém - PA, 66055-260 E-mail: ofcwendell@hotmail.com

Pablo Rodrigo Pinto Borges

Graduando em engenharia de Produção pela UEPA Instituição: Universidade Estadual do Pará – Campus: CCNT

Endereço: Tv. Dr. Eneas Pinheiro,2626 - Marco, Belém - PA, Brasil, 66095-015 E-mail: pablo.rodrigo.11@hotmail.com

RESUMO

O presente artigo propõe uma pesquisa experimental a respeito da resistência à corrosão dos vergalhões CA-25 e CA-50 presentes nas armaduras de concreto armado, as quais estão submetidas a diversos fatores e agentes geradores desse fenômeno, que implica em problemas socioeconômicos e de segurança para as pessoas e as estruturas que utilizam desse recurso para se manterem fundadas. Através de pesquisa bibliográfica e ensaios de imersão em laboratórios será feito a análise de perda de massa dos cupons, em uma solução eletrolítica (eletrólito) que demonstre e simule a ação deteriorante da chuva na região metropolitana de Belém do Pará. Após os experimentos por imersão dos cupons será analisado qual tipo de corrosão que a solução eletrolítica causou através de uma

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análise por microscopia óptica. Os materiais de estudo serão vergalhões de aço CA-25 e CA-50, utilizados na construção civil, que serão submetidos a ensaios de imersão total com soluções eletrolíticas sintética, para se obter dados quantitativos para gerar tabelas e gráficos para avaliar a resistência desses vergalhões à corrosão. Como resultado, espera-se obter e registrar dados sobre a resistência à corrosão dos vergalhões CA-25 e CA-50 utilizados na construção civil pelos agentes corrosivos da água da chuva e qual tipo de corrosão que a água da chuva causou neles, para que possa se entender melhor esse fenômeno químico que ocorre espontaneamente e que pode causar grandes prejuízos e comprometimento nas estruturas das construções, por isso pode causar danos irreversíveis à sociedade como acidentes fatais.

Palavras-chave: Corrosão, Vergalhões, Concreto armado, Chuva ácida. ABSTRACT

This article proposes an experimental research regarding the corrosion resistance of the rebar CA 25 and CA 50 present in reinforced concrete reinforcement, which are subjected to several factors and agents that generate this phenomenon, which implies socioeconomic and safety problems for the people and the structures that use this resource to remain founded. Through bibliographic research and immersion tests in laboratories, the mass loss analysis of the coupons will be carried out in an electrolytic solution (electrolyte) that demonstrates and simulates the deteriorating action of rain in the metropolitan region of Belém do Pará. After the immersion experiments of the coupons will be analyzed what type of corrosion the electrolyte solution caused through an analysis by optical microscopy. The study materials will be steel rebar CA 25 and CA 50, used in civil construction, which will be subjected to total immersion tests with synthetic electrolytic solutions, to obtain quantitative data to generate tables and graphs to assess the resistance of these rebars to corrosion . As a result, it is expected to obtain and record data on the corrosion resistance of the CA 25 and CA 50 rebars used in construction by rainwater corrosive agents and what type of corrosion rainwater has caused in them, so that it can be better understand this chemical phenomenon that occurs spontaneously and that can cause great damage and compromise in the structures of buildings, so it can cause irreversible damage to society as fatal accidents.

Keywords: Corrosion, Rebar, Reinforced concrete, Acid rain.

1 INTRODUÇÃO

São vários os motivos que justificam a importância do estudo sobre corrosão, porém dois fatores se destacam: o econômico e de segurança.

Do ponto de vista econômico, a corrosão causa custos elevadíssimos na ordem de milhões e até mesmo bilhões de dólares para os países. Estudos revelam, que aproximadamente, uma parcela superior a 30% do aço produzido no mundo é usada para reposição de peças e partes de equipamentos e instalações deterioradas pela corrosão. E no Brasil, estimasse que o pais tenha um custo anual de 3,5% do seu PIB (SERRA, 2014). É importante salientar que esses custos podem ser bem mais elevados, pois Serra (2014) afirma que nunca se fez um levantamento de forma abrangente e sistêmica a respeito de gastos com manutenção ocorridos por processos corrosivos no país. Do ponto de vista de Segurança, os problemas ocasionados pela corrosão do aço empregado na construção civil podem causar danos e comprometer a resistência mecânica das estruturas de concreto. A preocupação com

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esses problemas é grande, à medida que comprometem a segurança das pessoas e das estruturas dessas construções ao longo do tempo. Nesse contexto, o processo corrosivo assume uma altíssima importância na vida moderna, que é totalmente dependente da utilização dos metais e suas ligas.

Como na região metropolitana de Belém/PA, há um grande índice pluviométrico ao longo do ano e diversas literaturas mostram que a chuva ácida contém agentes que causam a deterioração do concreto armado, expondo a sua armadura. Desse modo, os vergalhões que o compõem começam, por sua vez, a sofrer efeitos corrosivos por ataques de cloretos, sulfetos e nitratos que estão concentrados na água da chuva. Dependendo de quão elevado é a acidez da chuva, essa deterioração do concreto e da armadura pode ser acelerada.

O estudo busca analisar, comparar e registrar a resistência à corrosão do aço carbono (vergalhões), do tipo CA 25 e CA 50 utilizados nas armaduras do concreto armado na construção civil, na cidade de Belém do Pará, frente à ataque feito por agentes agressivos como cloretos, nitritos e sulfetos da água da chuva ácida.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Segundo o autor Gentil (2012), defini a corrosão, como sendo a deterioração dos materiais, geralmente metálicos, seja de forma química ou eletroquímica, aliado ou não a esforços físicos. A interação físico-química do ambiente com o material é a responsável por essa deterioração, causando alterações indesejáveis e tornando o material inadequado para o uso. Pode-se destacar como alterações indesejáveis: a deterioração dos vergalhões da armadura do concreto, as quais alteram as propriedades do aço, como a resistência a tensões, gerando risco a estabilidade da estrutura.

HELENE (1986) cita que o processo de corrosão, segundo a sua natureza, pode assumir duas formas: corrosão química ou corrosão eletroquímica. A primeira é chamada corrosão seca ou oxidação e ocorre por uma reação gás-metal e forma uma película de óxido. Pode-se, também, estabelecer uma classificação segundo sua morfologia, como o foco é falar da corrosão no aço das armaduras, para este trabalho, no que diz respeito à sua morfologia, será desenvolvido apenas o conceito sobre a corrosão generalizada e localizada.

“Na corrosão generalizada o ataque é produzido em uma grande superfície do metal, na qual existem inúmeros ânodos e cátodos, formando micro pilhas que mudam a todo tempo. Nesse caso, a perda de seção pode ser uniforme ou irregular” (FIGUEIREDO e MEIRA, 2013, p. 06). O termo generalizado é aplicável à corrosão por pite ou alveolar, quando manifestadas em toda a extensão da superfície corroída.

A corrosão localizada ocorre pela dissolução localizada da camada apassivadora, geralmente causada pelos íons de cloreto, que é um agente corrosivo extremamente agressivo, vindo do meio

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externo e/ou de alguns componentes constituintes do concreto armado. Segundo RAFAEL, et al (2020), a penetração por íons de cloreto não apresenta nenhum problema patológico, entretanto com o acréscimo da armadura este pode provocar uma deterioração dela que influencia, principalmente, na resistência a tração e a flexão. A corrosão localizada trata-se de um ataque intermediário entre a corrosão uniforme e a corrosão por pites.

A chuva ácida é conhecida por deteriorar o concretos e estruturas metálicas, essa corrosão é causada pela presença, principalmente, em maior frequência dos óxidos de enxofre, SOx, e óxidos de nitrogênio, NOx (GENTIL, 1996, p. 53). Esses gases poluentes são lançados pelas indústrias, veículos e usinas entre outros fatores, no qual misturados a água da chuva acabam diminuído consideravelmente seu pH, tornando-a bastante corrosiva.

Fornaro (2006) citando Williams et al (1997), mostra que o pH da chuva na Amazônia Central, no período de 1988/1990 estava em 4,7 e em algumas regiões de florestas tropicais não poluídas, verificou-se que chuvas tinham pHs entre 4 e 5, provavelmente devido às espécies ácidas emitidas pelas arvores (VASCONCELOS, 2004 apud SANTIAGO, SANTOS, et al., 2012).

3 DESENVOLVIMENTO

Para a realização do estudo utilizaram os seis passos descritos nafig.1 abaixo.

Figura 1-Fluxograma das tarefas realizadas para o relatório final

Fonte: Elaborado pelos autores do trablaho (2018).

No primeiro passo, realizou-se uma pesquisa bibliográfica de obras de autores e pesquisadores envolvidos no estudo sobre a corrosão. Posteriormente, fez-se um levantamento das principais metodologias usadas nesses estudos, com o objetivo de se obter técnicas e conhecimentos que serviram de base para realização da presente pesquisa.

No segundo passo, coletou-se uma amostra de 100 ml de água da chuva para ver a concentração de cloreto, sulfeto e nitratos contidos na amostra, a coleta foi feita na cidade de Belém do Pará. O material usado para capitação foi uma garrafa pet limpa de 100 ml com um funil para aumentar a área de capitação. A análise foi feita em um laboratório Multianálises, conforme a foto do documento com resultado do relatório, descritos na tabela 1. A metodologia usada pelo profissional do laboratório foram uma Titulometria e duas Espectrofotometria.

Revisão bibliografica Coleta de uma amostra de água da chuva Análise da amostra de água da chuva no laboratorio de multianalises Obteção dos materias e criação dos corpos de prova Ensaios finais de Imersão dos corpos de prova em solução ácida. Análise de miscrocopia óptica no Laborátorio de metalográfi a da IFPA

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Tabela 1 - Resultado da análise da amostra de água da chuva

Análises Físico-Químicas

Provas Metodologia Resultado

Cloretos Titulometria 24,60 mg/L Cl2

Nitritos Espectrofotometria 0,011 mg/L

Sulfeto Espectrofotometria 3,0 mg/L

Fonte: Elaborado pelos autores do trablaho (2018).

Fez-se esse teste para provar que realmente a água contém sulfetos, cloretos e nitratos, contudo, utilizou como base para escolher quais seriam os intervalos dos pHs, o estudo publicado no 16º Seminário de Iniciação Científica da EMBRAP pelos autores SANTIAGO, SANTOS, et al.( 2012), cujo tema é “Potencial hidrogeniônico da chuva em Belém – PA”, nele é possível verificar que a água da chuva em Belém-PA pode varia de 4 a 6, sendo que o último intervalo é bem próximo da neutralidade. Preferiu-se então realizar, como parâmetro no estudo os pHs de 4 e 5, como descritos na tabela 3 abaixo, bem como uma solução de pH 3, por motivo que, com o aumento da industrialização na cidade o pH tende a diminuir, podendo chegar, como já houve casos na Europa, a atingir esse pH baixíssimo e altamente corrosivo.

Tabela 2-Dados das amostras de água da chuva em Belém – PA na estação meteorológica da Embrapa Amazônia

Oriental.

Fonte: (SANTIAGO, SANTOS, et al., 2012)

Para o processo de aferição do pH da água da chuva, na região de Belém do Pará, os pesquisadores utilizaram 1 pHmetro de Bolso fabricante Hedao e modelo PH-009 (I)A, e 4 recipientes de vidro com área de captação de aproximadamente 63,58cm² ou 0,006m² (quando a precipitação era menor que 3mm a amostra era descartada pois o sensor não alcançava a lâmina de água no interior do recipiente (SANTIAGO, SANTOS, et al., 2012).

Os corpos usados nos testes de imersão foram baseados na norma ASTM NACE TMO169 G-31- 12ª, conforme descritos na fig.2. Fabricou-se para realização do ensaio de imersão, 12 corpos de provas, nos quais são 6 corpos de vergalhão do tipo CA-25 e mais 6 para o tipo CA-50, todos em formato cilíndrico dimensionados com tamanho de 10 mm de altura e diâmetros de 8 e 11,

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respectivamente, pois durante este procedimento é importante ressaltar o quão é importante a aferição da massa inicial de cada barra e seus respectivos diâmetros efetivos para a realização do ensaio gravimétrico e a avaliação da perda de seção, de forma a obter resultados precisos (FRANCISCO, et al. 2020). Os corpos foram usinados, em um torno mecânico, para retirar suas vênulas deixando sua superfície lateral polida. O modelo do corpo de prova está representado na figura 15.

Figura 2-Modelos dos tipos de corpos de prova usados para fazer os ensaios

Fonte: Elaborado pelos autores do trablaho (2018).

Na fig.3 é apresentado de forma resumida o processo para fabricação dos corpos a partir das barras dos vergalhões.

Figura 3-Corpos de prova usados nos ensaios finais, produzidos no laborátorio da Faculdade Estácio de Belém.

Após sofrem a usinagem para retirar suas vênulas, cortados e lixados os corpos ficaram prontos para serem imergidos na solução ácida de decapagem para que, posteriormente, sejam atacados pela solução ácida que simula a água da chuva em diferentes pH’s (pH=3, pH=4 e pH=5).

As soluções foram criadas no laboratório de química. A mistura da solução homogênea consiste em ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico e hidróxido de sódio. O hidróxido de sódio

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foi usado para aumentar o pH para 3, 4 e 5 como descritos na fig.4, pois a solução formada tinha aproximadamente pH 0.

Figura 4-Tipos de soluções ácidas, pHs 3, 4 e 5, usadas nos ensaios de imersão total.

Fonte Elaborado pelos autores do trablaho (2018).

Na fig.4 são mostrados os recipientes e soluções usadas nas experiências de imersão total de corpos. Para a criação da solução foi utilizada a seguinte quantidade de reagentes: 1 litro de água destilada mais 3% (30 ml) de ácido que compõe 14 ml de HCl , 8 ml de H2SO4 e 8 ml HNO3, a mistura dos ácidos foi realizada na capela do laboratório de química, figura 19. Foi utilizado como recipiente para mistura um balão volumétrico de 2 L.

Figura 5- (a) pHmetro: aparelho usado para aferir os pHs das amostras de soluções no laboratorio; (b) Calibragem do

pH, adicionando NaOH de molaridade 0,5; (c) Frasco de NaOH de molaridade 0,5 e pipeta pasteur graduada de 3 ml ; (d) Pipeta pasteur graduada us

Após fazer a mistura dos ácidos, calibrou-se o pH da solução. Para o aumento do pH da mistura, usou-se uma base de hidróxido de sódio (NaOH). Para tal procedimento realizou-se o seguinte método: colocou-se 100 ml da solução ácida misturada em um copo de bequer de 200 ml, usando-se uma pipeta de pasteur graduada (fig.5.d) de 3 ml. Era adicionado NaOH (fig. 5.c) na mistura até o ponto de a solução ter o pH requerido, para fazer o controle do pH da solução, e após cada dosagem da hidroxila na solução era observado pH desta no PHmetro, como descrito na fig. 5.a

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e fig.5.b. Essas atividades eram realizadas para fazer as soluções de pHs 3, 4 e 5. Após elas terem seus pHs caibrados eram transferidas para Erlenmeyers de 100 ml..

Os corpos de provas foram, antes de serem imergidos pela primeira vez, decapados em solução de 5% de ácido sulfúrico (H2SO4). A decapagem dos corpos de prova foi feita com intuito de

eliminar todos os óxidos deles para não interferirem no resultado da pesquisa. Depois de decapados foram limpados com água destilada e secados para que posteriormente fossem mensuradas suas massas iniciais.

Após os eventos descritos anteriormente, colocou-se, para realizar os ensaios de imersão total de corpo de prova, em cada um dos 4 Erlenmeyers de 100 ml, 4 corpos de prova, sendo dois do tipo CA-50 e dois do tipo CA-25. Os corpos de provas foram pendurados verticalmente, em fios de teflon, sem que tocassem no fundo do erlenmeyer. Os corpos foram nomeados em uma numeração de 1 a 12, essas marcações foram usadas para manter o controle das informações de cada corpo de prova como: a perda de sua massa na experiência.

Figura 6- Lavagem dos corpos de prova, após serem imergidos na solução ácida (a); Escovação para retirar todos os

óxidos dos corpos (b); e secagem dos corpos após sofrerem a lavagem com objetivo de eliminar toda a água destilada para que seu peso não interfira no resultado das pesagens dos corpos de prova (c).

Fonte: elaborado pelos autores (2018)

Depois de proximamente 24 horas imergidos, os corpos eram emergidos para serem analisadas as suas massas, o procedimento era feito da seguinte forma: após os corpos serem retirados da solução eram escovados com uma escova de dente (fig.6.b) e lavados com água destilada usando-se e pinceta (fig.6.a). Depois de limpos eram usando-secados com um usando-secador (fig.6.c) e posteriormente eram colocados na balança analítica, de ordem de 10-4_{de precisão, para serem pesados. Depois de anotar}

todas as mensurações de massa realizadas em cada corpo de prova, os corpos eram novamente imergidos nas soluções ácida já calibradas novamente. Após emergidos eram colocadas suas devidas numerações e no outro dia repetia-se novamente todas essas atividades. Esse ciclo permanece até completar os 18 dias de ensaios. Fez-se 18 dias de experiências sendo que os corpos de provas ficaram imersos 380 horas na solução ácida, proximamente 16 dias.

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A cada pesagem eram feitos registros e, posteriormente era transferida para uma planilha, a qual está descrita na tabela 4. A tabela abaixo contém todos os dados das perdas de massa, em mg, medidas na balança analítica após cada ensaio de imersão total de corpos de prova.

Tabela 3 - Perda de massa, em mg, dos corpos de provas (CP) após cada ensaio realizado.

DIAS DE TESTES HORAS DE IMERSÃO CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 CP12 1° DIA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2° DIA 21 2,1 2,5 2,1 4,3 2 2,6 1,7 1,3 1,9 2,5 2 2 3° DIA 43,0 4,4 3,6 7,1 5,5 4,0 6,1 2,9 4,2 5,0 7,2 4,2 6,8 4° DIA 65 5,4 6,5 10 6,2 7,5 11,7 6,9 6,7 8 8,6 5,6 7,6 7° DIA 134 13,1 16,3 16,3 30,1 14,4 26,3 15 15 15,8 23,6 18,4 23,5 8° DIA 155 22,5 30,5 23 38,4 21,5 35,5 23,8 28,2 22,5 36,6 19,4 35,6 9° DIA 179 24,3 33,1 24,3 41,1 23,5 38,5 26 31,8 24,6 38,2 20,5 37,6 10° DIA 203 25,9 35,3 26,1 42,8 24,1 40,2 26,6 33,2 25,5 41,2 22,3 39,8 11° DIA 222 28,3 38,2 27,6 46,8 25,8 44,7 28,5 36,3 27,6 42,9 23,4 41,9 14° DIA 292 34,9 47,7 43,2 61,7 30,5 47,2 30 37,4 28,8 53,5 25,2 48,8 15° DIA 315 44,4 54,4 46,8 69,5 32,1 48,8 31,9 39,4 29,8 55,8 26,7 50,9 16° DIA 337 55,3 82,1 52,3 72,2 34,1 50,2 34,2 41,4 30,9 59,1 28 53,4 17° DIA 359 59,7 89 57,4 79,8 36,9 54,1 37,1 44,9 35,5 63,3 32,7 62,6 18° DIA 380 60,6 90,2 58,7 81,5 36,9 55 37,7 46,5 35,6 64,4 33,2 63,8 Fonte: elaborado pelos autores (2018)

As soluções de cada ensaio eram trocadas diariamente, pois com o decorrer do tempo as soluções reagiam com os corpos de prova corroendo-os e aumento pH delas, assim para manter o pH constante após o termino de cada imersão, as soluções eram trocadas por outras novas com seus pHs devidamente calibrados.

Após os corpos serem submetidos aos dezoito dias de ensaios, eles foram preparados para serem analisados no microscópico óptico. Para isso, eles foram embutidos em resina de poliéster, lixados em 5 tipos de lixas e polido. A análise ocorreu no laboratório de metalografia do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - IFPA.

O método usado para confeccionar o embutimento foi emergir totalmente os corpos de provas em resina de poliéster dentro de tapas de garrafas pets que serviram como recipientes cilíndricos. A

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resina de poliéster foi preparada usando a seguinte proporção de catalizador com resina: 1/10 (um para dez), ou seja, a cada 1 g de catalisador usou se 10g de resina.

Figura 7 - a) lixas nas quais os corpos embutidos foram submetidos para depois serem polidos. As lixas usadas são:

lixa 1 de 220, lixa 2 de 340, lixa 3 de 400, lixa 4 de 600 e lixa 5 de 800; b) Lixadeira/ politriz metalográfica usada para polir os corpos embutidos depois que foram lixados nos 5 tipos de lixas; c) todos os corpos de prova embutidos, enumerados de 1 a 12, resultado final após serem lixados e polidos, após esse estágio os corpos foram análisados no MOP.

Fonte: elaborado pelos autores (2018)

Para serem analisados no microscópio ótico, cada corpo foi lixado em 5 tipos de lixas: lixa de 220, 340, 400,600 e 800 (fig.7.a). E por fim eram polidos em uma polidez (fig.7.b). Após esse estágio os corpos eram analisados no microscópio ótico (MO), (fig.7.c). Os corpos analisados no MO tiveram as superfícies de suas bases verificadas aumentado 5x (100 µm), 10x (50 µm) e 20x (20 µm).

As análises da perda massa segundo a norma ASTM G-31-72, estão descritas na tabela 7 a seguir:

Tabela 4 - perda de massa em g/cm² (segundo a norma ASTM G-31-72)

PERDA DE MASSA EM G/CM² (ASTM G-31-72)

DIAS DOS ENSAI OS Horas de imersão CP 1 CP 2 CP 3 CP 4 CP 5 CP 6 CP 7 CP 8 CP 9 CP 10 CP 11 CP 12 1° DIA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2° DIA 21 262 205 262 352 249 213 212 107 237 205 249 164 3° DIA 43 549 295 886 451 499 500 362 344 624 590 524 557 4° DIA 65 674 533 1247 508 936 959 861 549 998 705 699 623 7° DIA 134 1634 1336 2033 2467 1796 2155 1871 1229 1971 1934 2295 1926 8° DIA 155 2807 2499 2869 3147 2682 2909 2969 2311 2807 2999 2420 2917 9° DIA 179 3031 2712 3031 3368 2932 3155 3243 2606 3069 3130 2557 3081 10°DIA 203 3231 2893 3256 3507 3006 3294 3318 2721 3181 3376 2782 3261 11°DIA 222 3530 3130 3443 3835 3218 3663 3555 2975 3443 3515 2919 3433

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14°DIA 292 4354 3909 5389 5056 3805 3868 3742 3065 3593 4384 3144 3999

15°DIA 315 5539 4458 5838 5695 4004 3999 3979 3229 3717 4573 3331 4171

16°DIA 337 6898 6728 6524 5916 4254 4114 4266 3393 3855 4843 3493 4376

17°DIA 359 7447 7293 7160 6539 4603 4433 4628 3679 4429 5187 4079 5130

18°DIA 380 7560 7391 7323 6679 4603 4507 4703 3810 4441 5277 4142 5228

Fonte: elaborado pelos autores (2018).

O cálculo nessa tabela é baseado na norma ASTM G-31-72. Nela orienta-se dividir os valores da perda de massa mensurada em cada ensaio, por suas respectivas áreas totais. A equação usada para o cálculo da área total dos corpos de prova foi:

S=𝝅

𝟐𝒅

𝟐_{+ 𝒕𝝅𝒅 (eq. 1)}

Onde:

S = Área do corpo imergido em cm² 𝜋 = constante Pi

d = diâmetro do corpo de prova em cm t = espessura do corpo de prova

A tabela 7, mostra que durante as 380 horas em que os corpos estavam imersos em solução ácida, os que tiveram mais perda de massa foram os que estavam imersos na solução de menor pH 3, isso ocorreu devido a quantidade de reagentes, que são os ácidos em maior quantidade de pHs mais próximos de 0. Com isso a taxa de corrosão é bem maior, como descritos na tabela abaixo, os valores dessas taxas.

Tabela 5 - Taxa de corrosão em mpy de todos os corpos de prova (CP), baseado na norma ASTM G-31 - 72, ao longo

do tempo em horas de imersão.

TAXA DE CORROSÃO EM MPY (ASTM G-31-72)

DIAS DOS ENSAIOS Horas de imersão CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 CP12 1° DIA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2° DIA 21 12,47 9,76 12,47 16,78 11,88 10,15 10,10 5,07 11,29 9,76 11,88 7,80 3° DIA 43 12,76 6,86 20,60 10,48 11,60 11,62 8,41 8,00 14,51 13,72 12,18 12,96 4° DIA 65 10,36 8,19 19,19 7,82 14,39 14,75 13,24 8,45 15,35 10,84 10,75 9,58 7° DIA 134 12,20 9,97 15,17 18,41 13,41 16,08 13,96 9,17 14,71 14,43 17,13 14,37

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8° DIA 155 18,11 16,12 18,51 20,30 17,30 18,77 19,15 14,91 18,11 19,35 15,61 18,82 9° DIA 179 16,93 15,15 16,93 18,82 16,38 17,63 18,12 14,56 17,14 17,49 14,29 17,21 10° DIA 203 15,92 14,25 16,04 17,28 14,81 16,23 16,35 13,40 15,67 16,63 13,70 16,07 11° DIA 222 15,90 14,10 15,51 17,27 14,50 16,50 16,01 13,40 15,51 15,84 13,15 15,47 14° DIA 292 14,91 13,39 18,46 17,32 13,03 13,25 12,82 10,50 12,30 15,01 10,77 13,69 15° DIA 315 17,58 14,15 18,53 18,08 12,71 12,69 12,63 10,25 11,80 14,52 10,57 13,24 16° DIA 337 20,47 19,96 19,36 17,56 12,62 12,21 12,66 10,07 11,44 14,37 10,36 12,98 17° DIA 359 20,74 20,32 19,95 18,22 12,82 12,35 12,89 10,25 12,34 14,45 11,36 14,29 18° DIA 380 19,89 19,45 19,27 17,58 12,11 11,86 12,38 10,03 11,69 13,89 10,90 13,76

Com os dados obtidos calculou-se a taxa de corrosão em milésimos de polegada por ano (mpy), baseado na norma ASTM G-31-72, os dados estão formatados na tabela 8. Essa taxa calculada da seguinte forma:

𝐓𝐚𝐱𝐚 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐫𝐨𝐬ã𝐨 = 𝒌.𝑾

𝑺.𝒕.𝑫 (eq. 2)

Onde:

K = Constante (3,45 x 106), para que a taxa de corrosão seja na unidade mpy; W = Perda de massa em gramas

S = Área do corpo de prova em cm² dada pela equação (1) t = Tempo de imersão

D = Densidade do aço em g/cm3 (7,86 g/cm3 para o aço carbono CA 50, VAN VLACK, 1977; usou se a mesma densidade para os de tipo CA-25).

Através desses dados das duas tabelas 7 e 8, formularam-se os gráficos de taxa de corrosão dos corpos de prova imersos.

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Figura 8-Taxa de corrosão dos corpos imersos em solução ácida de pH= 3

No gráfico 1 de taxa de corrosão em mpy (milésimo de polegada por ano) dos corpos 1,2,3 e 4, revelou-se que os corpos 1 e 2 tiveram curvas parecidas e os que tiveram altas variações de picos em suas curvas foram os corpos de prova 3 e 4.

Relacionado o gráfico com a tabela 5, verifica-se que o corpo de prova 4, tipo CA-50, teve grandes perdas de massa no intervalo de tempo de [21,222], como mostrado nos dados da tabela 7. Contudo, depois das 222 horas ele diminuiu a deposição de massa ficando com uma perda de massa abaixo dos outros no intervalo de [337,380]. O corpo de prova 1, tipo CA-25, teve, em relação aos outros 3 corpos prova, uma perda menor no intervalo de [21,222], após o tempo de 222 horas o corpo começou a perder mais massa que os outros, sendo que no tempo 380 ele é o que mais perdeu massa.

Os corpos 3, tipo CA-25, e 4, tipo CA-50, demostraram ter curvas inversas, pois quando a taxa de corrosão do corpo 3 aumenta a do corpo 4 decai, essa característica permanecer ao longo de todo o gráfico.

Figura 9 – Gráficos da Taxa de corrosão ao longo do tempo dos corpos de provas imersos em soluções ácidas de pHs 4 e 5, lado esquerdo e lado direito, respectivamente.

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A curva da taxa de corrosão ao longo do tempo dos corpos de prova imersos em solução ácida de pH= 4, mostrada no gráfico direito da fig.10, verifica-se que os corpos de provas 5,6 e 7 tiveram uma média de aproximadamente 14 mpy (milésimo de polegada por ano) enquanto que o corpo 8 teve uma média de aproximadamente 11 mpy ao longo do tempo. Assim, pode-se concluir que o fenômeno da corrosão ocorreu de forma parecida na solução de pH = 4. Outra característica apresentada no gráfico é que até as 155 horas de ensaios a corrosão teve seu pico de maior valor. Após esse intervalo de tempo, a corrosão começou a decrescer tendendo a ficar constante entre os valores 9 a 12 mpy. Umas característica notável, relacionado o gráfico com a tabela 5, é que tordos os corpos tiveram uma perda quase que linear crescente entre os intervalos de tempo de 0 a 134 horas e de 134 a 222 horas os corpos tiveram um aumento em sua perda de massa, contudo depois desse intervalo as deposições de massa dos corpos de prova começam a diminuir, permanecendo com uma perda quase que constante ao longo do resto do tempo.

Na taxa de corrosão da solução de pH 5, apresentado no gráfico esquerdo da fig.10, nota-se que os corpos de provas 10 e 12 tiveram uma deposição de massa semelhante. Suas curvas no gráfico assumem em quase todo o gráfico formas iguais. A média das taxas de corrosão deles foram de aproximadamente 14 mpy e 13 mpy, respectivamente. O corpo de prova 9, segundo o gráfico, ficou com a média parecida ao corpo de prova 10, de 14 mpy, e o corpo de prova 13 parecido com o corpo de número 12, de 13 mpy. De forma geral as curvas do gráfico tiveram grandes oscilações no intervalo de 0 a 179 horas e posteriormente as curvas apresentaram tendência a se comportarem de forma linear e constante.

Como não se teve nenhum um ensaio não destrutivo, como análise com ultrassom, para ver a imagens de fora 3D e mensurar as profundidades dos orifícios formados pela corrosão nas bases dos corpos de prova, levou-se em consideração, para análise das imagens abaixo, apenas o diâmetro dos pites formados pela corrosão para classifica-los em corrosão do tipo alveolar e por pite.

Figura 10 – Resultado da Análise por MO do corpo de prova 1, tipo CA-50

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Na fig.11, estão apresentados alguns pontos que representam corrosão alveolar, marcado com um círculo e nomeado pela letra x na imagem, e corrosão do tipo por pite, representado pela letra y, no corpo de 1, tipo CA-50. Como já havia sido comentado no gráfico da fig.9 tal vergalhão havia perdido muita massa. Na imagem podemos confirmar que o corpo de prova foi bastante atacado pela solução ácida de pH 3, e o material do corpo foi também modificado. Verifica-se, na foto, que o formato do material é semelhante a como se tivesse sido submetido a ensaios de têmpera. Isso mostra que os vergalhões mudaram sua estrutura cristalina, o que pode afetar diretamente a sua propriedade de resistir a grandes cargas de tensão e compressão, tornando assim a estrutura instável, podendo romper.

Figura 11 - Resultado da Análise por MO do corpo de prova 2, tipo CA-25

Na fig.12, assim como na imagem anterior, estão apresentados alguns pontos que representam corrosão alveolar, denotado pela letra x na imagem, e corrosão do tipo por pite, denotado pela letra y, no corpo de prova 2, tipo CA-25. O corpo de prova 2 em comparação ao corpo de prova 1, sofreu menos deformações a nível microscópico. Outro corpo que foi bastante atacado foi o corpo de número 3. Assim como o corpo de prova 1, é também do tipo CA-50, e apresenta o diâmetro 8 mm. Veja na imagem abaixo a análise de microscopia óptica do corpo aumentado 5 vezes (100 µm)

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Figura 12 - Resultado da Análise por MO do corpo de prova 3, tipo CA-50

Na fig.13, é possível ver o quanto o corpo de prova de 3 foi corroído pela solução ácida de pH=3. Com isso é possível verificar que os corpos do tipo CA-50 tiveram uma resistência inferior à corrosão se comprado aos corpos de CA-25.

Figura 13 – Análise por MO do corpo de prova 6, tipo CA-50 (a); Análise por MO do corpo de prova 7, tipo CA-25 (b); Análise por MO do corpo de prova 11, tipo CA-25 (c) e Análise por MO do corpo de prova 12, tipo CA-50 (d).

Na fig.14, estão apresentadas as imagens da análise de microscopia ótica dos corpos de prova 6 do tipo CA-50 e do corpo de prova 7 do tipo CA-25 que foram submetidos na imersão em solução de pH =4, também estão presentes imagens do corpo 11 do tipo CA-25 e 12 do tipo CA-50, que foram submetidos a imersão em solução de pH= 5. Pode se perceber que para a solução de pH =4 e pH =5 tiveram menos danos no material, causando uma corrosão puntiforme, a qual não foi possível ver mais nitidamente devido ao microscópio ter capacidade máxima de aumento de até 20 vezes. Contudo, visualizando as imagens é possível notar que os corpos do tipo CA-25, novamente apresentaram menos pontos (os quais podem ser corrosão do tipo puntiforme, por pites ou alveolar), do que os do tipo CA-50.

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Portanto, das análises de microscopia óptica, conclui-se que o aço do vergalhão do tipo CA-25 teve mais resistência à corrosão em solução acidas composta por cloretos, sufetos e nitratos em diferentes pH 3. 4 e 5, do que o vergalhão CA-50, pois foi mais danificado se comparado ao anterior, como visto nas figuras acima.

4 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Portanto, o presente relatório mostrou que a corrosão das armaduras é a principal causa e origem de deterioração das estruturas de concreto armado, cujo mecanismo resulta da formação de uma célula eletroquímica, na qual o concreto atua como eletrólito e as armaduras como condutores eletrônicos.

O processo de corrosão do aço no concreto envolve uma fase inicial, na qual os agentes agressivos alteram as condições do concreto no entorno da barra, despassivando a armadura, seguindo-se da formação de uma célula de corrosão, responsável pela propagação da corrosão.

Quantos aos agentes agressivos estudados neste trabalho, entende-se que uma das principais causas de deterioração das estruturas de concreto é devido a corrosão das armaduras pela ação dos cloretos. E que na atmosfera contendo óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio, quando reagidos com a água da chuva chegam até as construções iniciando o processo de corrosão que são altamente severos no aço carbono.

Através, dos experimentos realizados neste projeto, foi possível analisar o ataque causado por esses agentes da água da chuva que são nocivos ao aço. E com os dados obtidos, conseguiu-se analisar a taxa de corrosão e verificar sua resistência à deterioração causada nos vergalhões CA-25 e CA-50, os quais são os principais aços usados na construção civil para produzir as armaduras do concreto.

Nos ensaios de imersão total de corpo de prova verificou-se que a corrosão dos corpos de prova do tipo CA-25 e CA-50 perderam massa de forma bastante diferente, e através dos gráficos percebeu-se que haviam curvas que eram inversas umas das outras. Apesar que a maior parte das curvas dos ensaios se comportaram de forma igual, surgiram casos de algumas que se diferenciaram bastante em seu comportamento.

Por fim, constatou-se, através dos dados resultante das análises feitas nos ensaios de imersão total dos corpos de prova, que os corpos feitos pelos vergalhões CA-25 tiveram uma resistência bem maior à corrosão se comparados aos do tipo CA-50. Verificou-se que todos ficaram danificados, apesar de alguns serem menos afetados, e constatou-se que a estruturados dos vergalhões se alteram causando problema na estabilidade nas armaduras das estruturas de concreto armado. Por isso a importância de ser fazer a manutenção predial para prevenir acidentes graves e investir em estudos

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de inibidores que possam ser usados com grande eficiência para diminuir a corrosão nos vergalhões nas diversas estruturas da construção civil.

REFERÊNCIAS

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FIGUEIREDO, E. J. P.; MEIRA, G.. Boletín Técnico: Corrosión de armadura de estructuras de hormigón. ALCONPAT Internacional, Mérida, n. 06, p. 3-28, março 2013. Disponivel em: <http://alconpat.org.br/wp-content/uploads/2012/09/B6-Corros%C3%A3o-das-armaduras-das-estruturas-de-concreto.pdf>. Acesso em: 19 setembro 2017.

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