Ensaio “CAIM” para corrosão acelerada em corpos-de-prova
de concreto armado – Ensaio de curta duração
Ariela da Silva Torres (1), Diego Guimarães (2), Luiz Carlos Pinto da Silva Filho (3) (1) Eng Civil, Doutoranda, UFRGS/PPGEC/LEME e Professora da Universidade Católica
de Pelotas; email: arielatorres@gmail.com (2) Graduando Eng Civil, UFRGS/LEME
email sorrisojedi@yahoo.com.br: (3) Eng. Civil, Professor PhD., UFRGS/LEME
email: lcarlos@genesis.cpgec.ufrgs.br
Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Escola de Engenharia - Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais, Av. Osvaldo Aranha, 99 - CEP 90035-190 – Porto Alegre - RS – Brasil
RESUMO : A comunidade da construção civil está se deparando com uma dupla realidade,
onde de um lado estão os avanços da tecnologia dos materiais e de execuções e no lado oposto os problemas com patologias que são encontrados nas estruturas de concreto armado. Portanto, considerando a complexidade do tema e a falta de normalização para este tipo de problema, os pesquisadores procuram um teste qualificado para compatibilizar todas as variáveis que interferem nos processos isolados de patologias. Um grande número de pesquisas vem sendo desenvolvidas, porém a grande dificuldade encontrada é relacionar os dados obtidos no nosso país, sendo que em cada universidade se utiliza um método acelerado para provocar corrosão induzida por cloretos em concreto armado. O presente trabalho é estudo de uma proposta de metodologia de ensaio acelerado – CAIM (corrosão acelerada por imersão modificada) – sendo que foram testadas as principais variáveis que influenciam no processo (voltagem e imersão dos corpos-de-prova) para diferentes relações água/aglomerante em um tempo curto de ensaio (8 horas). Os resultados demonstraram eficiência do uso do método e o estudo completo prevê uma proposta de metodologia em longo prazo.
PALAVRA-CHAVE: Corrosão, método de ensaio e métodos eletroquímicos
ABSTRACT: The construction community is facing a dualistic reality, where advances in
design methods and materials technology are opposed by the increase of pathological problems registered in our structures. However, given the complexity of this theme and the lack of standardization, a great diversity of methods has evolved, without a proper definition and parameterization of testing conditions. A great number of researches simply adapts methods used by others, not paying enough attention to the evaluation of the efficiency and reproducibility of the test method. The present work describes a study aimed at evaluating the influence of variations in test conditions, such as the exposure of time and induced voltage in the performance of cps with different w/c relations subjected to the ATMI (accelerated test by modificated immersion). This comparative accelerated method, in which cps are immersed on saline solution and connected to a constant voltage source, has already been used in several studies at LEME4. The study analyzes how the method respond to variations of test conditions
in short-term (eight hours), and the study will also help to establish more efficient standard conditions for that test by considering the whole range of concrete strengths. The idea is to consolidate and check the efficiency and reliability of the method for future use.
1 INTRODUÇÃO
Estruturas de concreto representam uma quantidade importante na participação em estudos de estruturas, além de interferirem na economia dos paises em função do uso de materiais e desenvolvimento da construção civil. Tanto que 50% das estruturas existente no continente europeu são de concreto armado [Ferreira, 2004].
O tema de durabilidade das estruturas de concreto armado tem sido exaustivamente estudado no nosso país e como um dos resultados desses estudos tem os novos tópicos da nova norma NBR 6118. Atualmente, já se tem a ideia de que as estruturas de concreto armado não tem a capacidade de resistiri a ação de agente agressivos do meio ambiente em função de que estes agente reduzem a vida útil das mesmas [Calçada, 2004].
Um dos mais importante processos de degradação em concreto armado é a corrosão de armaduras. No Brasil, onde há uma grante costa marítima e uma grande população habitando nestes locais, a ação dos íons cloretos provoca grande problemas economicos. Por causa deste acontecimentos, muitos estudos estão sendo desenvolvidos nas a´rea de manutenção e reparo das estruturas de concreto armado espostas a ambientes marítimos.
Este estudo é de grande complexidade em função do número variado de fatores que interferem no processo de corrosão. Para estudar o fenomemo de corrosão é necessário desenvolver ensaios acelerados que simulem o ambiente marinho num curto espaço de tempo. Não há normas brasileiras para este tipo de ensaio o que dificulta o avanço de pesquisas nessa área em função da dificuldade de comparação de resultados.
A proposta deste trabalho é avaliar um ensaio acelerado, conhecido como “CAIM” (corrosão acelerada por imersão modificada) que é usualmente utilizado no grupo de pesquisa do LEME/UFRGS.
O estudo comparou as variáveis que estão na Tabela 1 com três relações a/c (0,35 – 0,5 - 0,7) por um tempo de 8 horas de teste. Para avaliar o efeito do processo corrosivo foram estudados três corpos-de-prova (cps) para cada combinação de variáveis.
Tabela 1. Variáveis Analisadas
Variáveis Id Uni Níveis
Tension V V (volts) 15 - 45 – 70
Nível da solução Pi cm Cobrimento + ½ barra (CMB) Cobrimento (C)
2 ENSAIO CAIM
O ensaio CAIM é um ensaio elotroquímico que permite determinar a evolução da corrente durante o teste e a perda de massa de armadura no final do ensaio. Esta perda de massa é gerada pela diferença de massas das armaduras antes e após o ensaio acelerado. Após muitos testes, este ensaio tem se apresentado com uma grande sensibilidade nos resultados do processo corrosivo.
O ensaio “CAIM” foi desenvolvido por Lima [1990], no LEME/UFRGS, a partir de um ensaio similar realizado por Varela e Espinosa [1988]. O ensaio sofreu diversas modificações por diferente pesquisadores, como Seliestre et al [1993 e 1994], Marchesan et al [1997] e Kirchhein et al [2005]. Torres [2006] fixou as variáveis para teste e estudou a variação das mesmas em diferentes níveis. A partir deste estudo as variáveis tornaram-se fixas e outros estudos já foram desenvolvidos (Graeff, 2007 e Torres, 2007), formando desta maneira um bando de dados de
resultados para um posterior estudo de comparação e desenvolvimento de coeficiente de aceleração.
No ensaio CAIM, os cps de concreto, contendo uma barra de aço, são imersos em uma solução salina (35 g de NaCl/l de água) e os cloretos são estimulados a migrarem pelo efeito da diferença de potencial, Figura 1 e 2.
20 10 10 20 10 14,5 3 7 3, 61 Vista lateral Vista lateral NS Nível da solução (eletrólito) NS Nível da solução (eletrólito) 3, 62 Vista frontal corpo-de-prova barra de aço φ= 12,5 mm fio de cobre φ=1,5 mm 20 10 10 2 0 10 14 ,5 3 7 3, 61 V ista la te ra l V ista la te ra l N S N ív e l da so luç ã o (e le tró lito) N S N ív e l da so luç ã o (e le tró lito) 3, 62 V ista fro n ta l c o rp o-d e -p ro va ba rr a de aç o φ = 12 ,5 m m fio d e c ob re φ = 1, 5 m m (a) (b) 20 10 10 20 10 14,5 3 7 3, 61 Vista lateral Vista lateral NS Nível da solução (eletrólito) NS Nível da solução (eletrólito) 3, 62 2, 91 Vista frontal
corpo-de-provabarra de aço φ= 12,5 mm fio de cobre φ=1,5 mm 20 10 10 20 10 14,5 3 7 3, 61 Vista lateral Vista lateral NSNível da solução (eletrólito) NSNível da solução (eletrólito) 3, 62 2, 91 Vista frontal corpo-de-prova barra de aço φ= 12,5 mm fio de cobre φ=1,5 mm (c) (d)
Figura 1 – Esquema de corpo-de-prova: (a) vista 3D; (b) vista lateral; (c) vista frontal; (d) nível da solução em relação a armadura
Fonte de voltagem constante corpos-de-prova fio de cobre recipiente de vidro (a) (b)
Figura 2 – Esquema de ensaio (a) 2D (b) 3D 2.1 Procedimento do ensaio CAIM
Os corpos de prova utilizados foram prismáticos (10x10x20 cm), todos com uma barra de aço (com 12,5 mm de diâmetro e 145 mm de extensão) imersa no concreto, com 30 mm de cobrimento. Sobre as barras é posicionado um fio elétrico que é ligado no terminal positivo da fonte com diâmetro de 1,5 mm. As barras são pesadas antes e depois do ensaio, e este dado é comparado. A tabela 2 mostra os estágios de ensaio CAIM.
Tabela 2. Estágios do ensaio CAIM
1.a posicionamento da barra na forma 1.b o concreto
Fonte Fios de cobre
Recipiente cps Eletrólito Fio de cobre cp dimensões (cm)
1.c o ensaio CAIM após 21 dias de cura dos cps
1.d cps após 8 horas do ensaio CAIM
1.e cp na máquina para ruptura 1.f as barras retiradas do concreto
1.g limpeza das barras [ASTM A380, 1996]
Os corpos-de-prova foram fabricados com Cimento Portland ARI (Alta Resistência Inicial – NBR 5733). A areia utilizada foi com módulo de finura de 2,64 e o agregado graúdo utiizado foi basalto com diâmetro máximo de 19 mm. A tabela 3 apresenta os traços utilizados nas misturas.
Tabela 3. porporção dos traços
Traço a/c Cimento (kg/m3) Agregados (kg/m3) água (kg/m3) (%)
finos graúdo
1:1,34:2,16 0,35 523 700,82 1129,68 183,05 1
1:2,12:2,88 0,5 392 831,04 1128,96 196,00 0,2
1:3,16:3,84 0,7 336 1061,76 1290,24 235,20 0
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Em oito horas de estudo, o ensaio CAIM com diferente tensões e níveis de solução apresentaram o comportamento conforme figura 3, 4 e 5 com diferentes tensões (15, 45 e 70V).
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 Time (min) C u rr e n t (A ) 0,35 - CMB 0,5 - CMB 0,7 - CMB 0,35 - C 0,5 - C 0,7 -C
Figura 3. Corrente x tempo para todas as relações a/c – 15V
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 Tim e (m in) C u rr e n t (A ) 0,35 - CMB 0,5 - CMB 0,7 - CMB 0,35 - C 0,5 - C 0,7 - C
Figura 4. Corrente x tempo para todas as relações a/c – 45V
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 Tim e (m in) C u rr e n t (A ) 0,35 - CMB 0,5 - CMB 0,7 - CMB 0,35 - C 0,5 - C 0,7 - C
Figura 5. Corrente x tempo para todas as relações a/c – 70V
É possivel observar que a relação entre os dados de corrente, e a relação a/c para tensões de 15 e 45 V são similares em ambos os níveis de solução. Os resultados dos ensaios de 70 V foram os valores mais altos. Estes resultados confirmam os resultados encontrados por Torres [2006]. Outra importante característica foi não ter provocado diferença significativa entre os dois níveis de solução utilizados no estudo, porém as diferentes relações a/c apresentaram diferença sinigicativa pelos diferentes valores de resistência. Os resultados indicaram alta sensibilidade nos corpos-de-prova com relação a/c 0,7 e tensão 45 V. A relação a/c 0,35 apresentou baixa sensibilidade nos resultados, este evente deve-se ao baixo nível oxigênio no interior do cp em função da baixa permeabilidade do material.
A figura 6 mostra os resultados da perda de massa das armaduras. A perda de massa foi proporcional ao aumento da relação a/c, onde os dados mais significativos foram encontrados na realação a/c 0,7, 70 V e nas duas profundidades de imersão. Nos testes de perda de massa com relação a/c 0,35, os resultados foram muito baixos e com tensão de 15V a perda de massa foi inferiror a 0,5%. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0,35 0,5 0,7 0,35 0,5 0,7 W/C Relation W e ig h t lo s s 15V 45V 70V C CMB
Figura 6. Perda de massa x relação a/c 4 CONCLUSÃO
O ensaio “CAIM” é um ensaio acelerado de corrosão muito sensivel e que apresenta bons resultados, em um curto espaço de tempo e se apresenta muito efetivo em tensões maiores que 45 V, e em relações a/c de 0,5. O nível da solução de imersão aconselhada a utilizar é de altura até o cobrimento, por facilitar o acesso de oxigênio nas proximidades da armadura.
REFERÊNCIAS
American Society For Testing And Materials. Annual book of ASTM Standards. Standard
practice for cleaning, descaling and passivation of stainless steel parts, equipment and systems.
(Revision) ASTM A 380, Philadelphia, 1996.
Calçada, L.M.L. Estudo da Eficácia do Ensaio de Migração em condições de fluxo não
estacionário na Previsão da Penetração de Cloretos em Concreto. Florianópolis – SC, 2004.
214 p. Tese (Doutorado). Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina.
Ferreira, R. M. Probability-Based Durability Analysis Of Concrete Structures In Marine
Environments. Guimarães-Portugal, 2004. 289 p. Tese (Doutorado). University of Minho,
School of Engineering.
Graeff, A. G. Avaliação experimental e modelagem dos efeitos estruturais da propagação da
corrosão em elementos de concreto armado. Porto Alegre-RS, 2007. Dissertação (Mestrado).
Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Jadovski, I.; Lantelme, E.M.V.; Kulakowski, M.P.; Campagnolo, J.L.; Dal Molin, D.C.C. A
Influencia Da Espessura Do Cobrimento No Fenômeno Da Corrosão De Armaduras. In: Viii
Congresso Regional De Iniciação Científica E Tecnológica Em Engenharia, 1992, Joinville. Anais... Joinville: Fej/ Udesc.
Kirchheim, A. P.; Pasa, V.; Dal Molin, D. C. C.; Silva Filho, L. C. P. Avaliação De
Brancos. Vii Congresso Latinoamericano De Patologia De La Construccion, X Congresso De
Control De Calidad En La Construccion, 2005, Asunción, Paraguai. Anais... Conpat 2005. Lima, M. G. Influencia Dos Componentes Do Concreto Na Corrosão De Armaduras. Porto Alegre,1990. 133 P. Dissertação (Mestrado Em Engenharia) – Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul.
Marchesan, P. R. C.; Santarosa, D.; Campagnolo, J. L.; Filho, L. C. P. S.; Pacheco, A. R. Estudo
Da Influência Da Aplicação De Revestimentos No Controle Da Corrosão. In: Iv Congresso
Iberoamericano De Patologia Das Construções E Vi Congresso De Controle De Qualidade, 1997, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: Leme/Cpgec/Ufrgs.
Selistre, F.P.; Both, A.A. A Influencia Do Fator A/C, Do Cobrimento E Do Tempo De Cura Na
Corrosão De Armaduras. In: V Salão De Iniciação Cinetífica E Ii Feira De Iniciação Cinetífica,
1993, Porto Alegre. . Anais... Porto Alegre: Leme/Ufrgs.
Selistre, F.P.; Gastal, S.L.; Campagnolo, J.L. Estudo De Técnicas Para Reversão Do Processo
Corrosivo Em Estruturas De Concreto Contaminadas Com Cloretos. In: Vi Salão De Iniciação
Cinetífica E Iii Feira De Iniciação Cinetífica, 1994, Porto Alegre. . Anais... Porto Alegre: Leme/ Ufrgs.
Torres, A. S. Avaliação Da Sensibilidade Do Ensaio Caim – Corrosão Acelerada Por Imersão
Modificada – Frente Ao Processo De Corrosão Em Armaduras De Concreto Armado. Porto
Alegre-Rs, 2006. 159 P. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul. Varela, H.; Espinoza, L. V. Penetrabilidad De Iones Cloruors En Morteros Con Y Sin Revestimento. In: VII Jornadas Chilenas Del Hormigón E I Jornada Lationamericana Del Cimento Y Hormigón, Curso: Avances Tecnologicos En El Uso De Cementos Y Hormigones, 1988, Santiago De Chile. Anais... Santiago De Chile: Instituto Prodesional De Santiago, 1988. P. 82-91.
