Corrosão em estruturas de concreto armado

(1)

Corrosão em estruturas de concreto armado

Ivan Rocha – arq.ivanrocha@gmail.com

MBA Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações. Instituto de Pós-Graduação - IPOG

Goiânia, GO, 02 de abril de 2015.

RESUMO

O termo patologia é empregado na engenharia civil quando ocorre perda ou queda de desempenho de um produto ou componente da estrutura. Esse termo foi extraído da área da saúde e identifica o estudo das doenças, seus sintomas e natureza das modificações que elas provocam no organismo (ANDRADE e SILVA, 2005). Assim, o presente trabalho pretende fazer uma exposição, através de revisão da bibliográfica acerca das principais causas, mecanismos e sintomas de uma estrutura de concreto degradada, sugerindo algumas medidas preventivas contra tais processos deteriorantes. Será analisada a origem envolvida no processo de corrosão, a eletroquímica, os mecanismos e deste fenômeno. Abordaremos as ferramentas básicas para sua prevenção, destacando a importância de se tratar da durabilidade da estrutura ainda na fase de projeto. Embora num processo corrosivo sempre intervenham reações químicas e cristalizações de natureza complexa. Será apresentado, no desenvolvimento deste artigo, um modelo simplificado das técnicas mais usadas na recuperação das estruturas de concreto sob a ação da corrosão, não aprofundando em detalhes destas reações químicas, haja vista que são complexas e não é o foco principal deste trabalho. Abordaremos ainda, a proteção catódica que tem como finalidade reduzir a corrosão das armaduras, através da aplicação durante toda a vida das estruturas, uma corrente contínua externa. Já o objetivo da dessalinização e da realcalinização é eliminar o agente agressor, através da aplicação temporária de um campo elétrico ou remoção e substituição do material contaminado. Finalmente nota-se que a durabilidade da estrutura está muito relacionada à qualidade de projeto e uma criteriosa especificação e detalhamento. Nestas fases, qualquer medida tomada tem custos muito inferiores aos de futuras manutenções, quando na maioria das vezes, são capazes de minimizar o problema levando em consideração que o concreto apesar de não ser eterno; pode-se estimar seguramente a vida útil da edificação.

Palavras-chaves: Concreto armado; estruturas; durabilidade; corrosão; recuperação.

1- Introdução

Durante muito tempo, o concreto chegou a ser considerado um material praticamente eterno, de durabilidade ilimitada. Tanto é que, até o final de década de 1980, muitas normas e regulamentos referentes ao projeto e execução de estruturas de concreto, nas mais diferentes

(2)

ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015 dezembro/2015

regiões do mundo, haviam sido concebidos com a preocupação dominante de garantir a obtenção da mais adequada resistência mecânica para as diversas peças estruturais (SOUZA e RIPPER, 1998). Entretanto, em meados do século XX com o crescimento do uso do concreto associado às construções mais esbeltas começaram a apresentar manifestações patológicas de significativa intensidade e incidência, sempre acompanhadas de elevados custos de recuperação.

O concreto de cimento Portland é considerado, atualmente, o segundo material mais consumido pela humanidade, sendo o primeiro, a água. Todavia, um fato específico tem chamado à atenção dos projetistas, construtores e especialmente da comunidade acadêmica que estuda com afinco o concreto armado. O problema da corrosão nas estruturas às quais se executadas a partir deste material, comprometem a durabilidade e reduzem a vida útil para a qual as edificações foram destinadas, situação que, além de afetar os parâmetros de segurança da construção, afeta o custo de manutenção destas.

As armaduras inseridas como componentes estruturais do concreto estão, em princípio, protegidas e passivadas contra o risco de corrosão. Esta proteção é proporcionada pelo concreto de recobrimento, que forma uma barreira física protegendo contra os agentes externos, e principalmente por uma proteção química da alcalinidade presentes nos poros do concreto, pH em torno de 12.5, ideal para formação e manutenção desta película passivadora.

O concreto é um material intrinsecamente poroso, os vazios são decorrentes da porcentagem de água ou pela incorporação de ar na massa de concreto. Estes vazios ou poros formam uma rede conectada com o exterior que é importante ao processo de transporte de gases, água e substâncias agressivas dissolvidas para o interior do concreto. A deterioração do concreto assim como a corrosão das armaduras está vinculada a estrutura de poros, pois os mecanismos de degradação se fundamentam na mesma. A resistência do concreto a influências químicas e físicas é reduzida consideravelmente quando amplia a quantidade de poros capilares.

Os custos para recuperação das estruturas são elevados, alguns estudos indicam que, se os recursos utilizados na recuperação estrutural fossem gastos em medidas preventivas, haveria uma redução significativa desses valores ao longo do ciclo de vida da estrutura. Sabe-se que as estruturas de concreto sofrem degradação não só por falhas humanas cometidas nas etapas de concepção dos projetos e execução das obras; mas também por causas naturais intrínsecas ao concreto, bem como pela agressividade ambiental na interação estrutura/meio ambiente.

Devido à frequência com que ocorre e suas consequências danosas às estruturas, a corrosão das armaduras pode ser considerada a principal manifestação patológica do concreto armado. Invariavelmente, a corrosão pode ser verificada quando a camada de concreto responsável pela proteção das armaduras não atinge o seu objetivo tanto por problemas no dimensionamento do recobrimento quanto pela contaminação dos agregados e a água.

2- Tipos de corrosão em estruturas de concreto armado

Por corrosão propriamente dita entende-se como ataque destrutivo de natureza preponderantemente química ou eletroquímica, que ocorre em meio aquoso. Esta corrosão eletroquímica conduz a formação de óxido/hidróxidos de ferro, em alguns casos, a corrosão

(3)

pode estar associada a reações mecânicas ou físicas. A corrosão acontece quando é formada uma película de eletrólito sobre a superfície dos fios ou barras de aço. Esta película é causada pela presença de umidade no concreto, salvo situações especiais e muito raras, tais como dentro de estufas ou sob a ação de elevadas temperaturas (>80°C) e em ambientes de baixa umidade relativa (U.R.< 50%). Este tipo de corrosão é também responsável pelo ataque que sofrem as armaduras antes de seu emprego, quando ainda armazenadas no canteiro. É o tipo de corrosão que o engenheiro civil deve conhecer e com a qual deve se preocupar. É melhor e mais simples preveni-la do que tentar saná-la depois de iniciado o processo.

Para definir a corrosão, Andrade, (1992), correlacionou o processo corrosivo com a energia de GIBBS, dizendo que a corrosão é o processo inverso pelo qual o metal volta ao seu estado natural, sendo acompanhado de uma redução da energia de GIBBS. O desencadeamento das reações de redução ou oxidação e sua estabilização dependem do nível de energia associado ao sistema; a energia livre de GIBBS tem relação com a entropia e a entalpia do sistema.

Segundo Neeville (1997), o concreto é considerado durável quando desempenha as funções que lhe foram atribuídas, mantendo a resistência e a utilidade esperada, durante um período previsto. Aborda ainda que, a durabilidade do concreto não implica em uma vida indefinida. Seguindo esta linha de raciocínio, Metha & Monteiro (1994), relataram, que nenhum material é essencialmente durável, justificando que, com as interações com o meio ambiente, as propriedades e as microestruturas dos materiais modificam ao longo do tempo.

A pasta de cimento hidratada contém vários tipos de vazios que têm significativa influência em suas propriedades. O volume total dos vazios capilares é conhecido como porosidade. De acordo com Siebeert, o tamanho dos poros na pasta de cimento varia dentro de diversas ordens de grandeza e eles podem ser classificados em poros de ar aprisionado (decorrentes dos processos de adensamento do concreto), poros de ar incorporado (obtidos quando do emprego de aditivos incorporadores de ar), poros capilares (oriundos da saída de água livre do concreto) e poros de gel (devidos à água de gel), tendo os três primeiros tipos maior relevância na durabilidade.

A corrosão e a deterioração observada no concreto podem estar associadas a fatores mecânicos, físicos, biológicos ou químicos. A corrosão de armaduras em concreto, como lembra Cascudo (1997, p.39), é um caso específico de corrosão eletroquímica em meio aquoso, em que o eletrólito (concreto) apresenta características de resistividade elétrica consideravelmente mais altas do que as dos eletrólitos típicos, meio aquoso comum, não confinado em uma rede de poros, como é o caso do concreto.

“A armadura encontra-se no interior do concreto em meio altamente alcalino, pH em torno de 12.5. Esta alcalinidade provém da fase líquida constituinte dos poros do concreto, a qual, nas primeiras idades, basicamente é uma solução saturada de hidróxido de cálcio – Ca (OH)2, chamado cimento Portland. Por outro lado, o concreto em idade avançada, permanece um composto alcalino, ao passo que neste caso a solução é composta de hidróxido de sódio (NaOH) e hidróxido de potássio (KOH) originários dos álcalis do cimento.” (CASCUDO, 1997, p.39).

Assim, a armadura inserida no interior do concreto, em meio alcalino, está protegida do fenômeno da corrosão devido à película passivadora de óxido que envolve esta armadura.

(4)

Esta película é bastante aderente à ferragem e relativamente fina e invisível, com espessura vaiável entre 10 -³ a 10-¹ µm.

No estado de passivação a corrosão não é precisamente nula, mas sim profundamente reduzida pela resistência ôhmica da película. Segundo Rosenberg, destaca-se que a taxa de corrosão passiva do aço no concreto é equivalente à dissolução ou oxidação, de cerca de 0,1 µm da superfície do aço, o que é considerada desprezível comparada à vida útil das estruturas de concreto armado. Portanto se conseguir manter esta passividade a armadura não sofrerá corrosão, haja vista que a película impede o acesso de umidade, oxigênio e agentes agressivos à superfície da armadura, assim dificulta-se a dissolução do aço.

Se tiver o cuidado de impedir a corrosão eletroquímica, mantiver um controle rigoroso da relação água/cimento, ou se impedirmos a entrada de oxigênio o processo de corrosão é paralisado e consequentemente um eficiente aumento à vida útil da estrutura.

A barreira que o concreto impõe à corrosão do aço em uma estrutura é importante tanto pelo alto pH, necessário para manter passiva a superfície do aço, quanto a baixa permeabilidade proporciona uma proteção física ao ingresso de substâncias agressivas presentes no meio externo. Além disto, a baixa permeabilidade aumenta a resistividade elétrica do concreto que impede o fluxo de correntes elétricas entre áreas anódicas e catódicas que causam a corrosão eletroquímica.

Sabe-se que as estruturas de concreto armado sofrem patologias diversas ao longo do tempo, não só devido às falhas humanas cometidas durante o ciclo de vida da estrutura: deficiências de projeto, espessura de cobrimento insuficiente, especificações e características inadequadas do concreto; mas, também devido a outros fatores muitas vezes não levados em consideração pelos projetistas e construtores. O teor de álcalis presentes no cimento e na água possivelmente contaminada; a agressividade do ambiente onde a estrutura será executada e até mesmo a ação do cloreto de sódio tem ocasionado corrosão em grande número de pontes em países com invernos rigorosos, que utilizam este sal como degelo. Todo isso provoca interações deletérias.

Por essa simples razão, há dificuldade de grande parte dos profissionais de projeto e de execução de obras avaliarem e recomendarem o emprego de medidas efetivas de proteção tais como: equilíbrio eficiente na relação água/cimento; cálculo da resistência característica do concreto; adotar uma espessura de recobrimento ideal; cura adequada e impermeabilização do concreto dentre outras. Mas, cabe observar que a importância do estudo da corrosão das armaduras não reside somente na questão relacionada à profilaxia, ou seja, tomar medidas preventivas que reduzam o risco de aparecimento futuro do problema. Entender em toda sua complexidade também é fundamental para obter sucesso em processos de intervenções corretivas. Reconhecer que a permeabilidade é o principal e determinante fator da vulnerabilidade dos agentes externos. Portanto, para ser estável, o concreto deve ser impermeável (RIBEIRO, PINTO e STARLING, 2002).

O fenômeno da corrosão de armaduras ocorre segundo vários fatores que agem simultaneamente, devendo sempre ser analisado com uma visão sistêmica. Para fins didáticos, os principais fatores podem ser analisados isolados e individualmente, mesmo sabendo que estão associados. Somente através do estudo e entendimento desses fatores e mecanismos de ação, assim como a noção dos parâmetros eletroquímicos da corrosão, será possível evita-la em obras novas e retificar as patologias em estruturas existentes.

(5)

Na reabilitação das estruturas, segundo M. Zita Lourenço (1999), é fundamental que a estratégia de intervenção a adotar seja baseada no conhecimento das causas e extensões da deterioração, assim determinar qual a solução técnica e economicamente mais adequada a cada situação.

Segundo Paulo Helene (1992), no caso das armaduras de concreto armado as consequências degenerativas apresentam-se na forma de manchas ocasionadas por produtos que ao reagirem com o concreto provocam corrosão. Na sequência aparecem fissuras, um aumento da seção da armadura provocando tensões e destacamento do concreto de recobrimento e encadeando uma eventual perda da aderência das armaduras principais comprometendo a segurança estrutural ao longo do tempo.

A corrosão pode ser classificada segundo a natureza do processo e segundo sua morfologia Cascudo (1997). Segundo a natureza do processo, classificamos a corrosão em química e eletroquímica. A primeira também chamada corrosão seca, ocorre por uma reação gás-metal e forma uma película de óxido. Já a corrosão eletroquímica ou em meio aquoso é resultado da formação de uma célula de corrosão, com eletrólito e diferença de potencial entre pontos da superfície.

2.1-Química – corrosão por carbonação

O concreto, em condições habituais, fornece às armaduras um elevado grau de proteção contra a corrosão, logo uma proteção física por meio da camada de cobrimento que dificulta a entrada de agentes agressivos do meio, e química devido ao pH elevado do extrato aquoso em torno de 12,5 a 13,5. O fenômeno de carbonatação pode ser definido como sendo o processo químico de redução do pH de valores próximos de 12 para inferiores à 10.

Segundo Gentil (2003), está comprovado, experimentalmente, que o processo de carbonatação ocorre preponderantemente ao longo das paredes das fissuras ver Figura 1, e esta carbonatação, mais rápida que as demais, vai contribuir para a aceleração do aparecimento de células de corrosão (pilhas), devido às diferenças de pH e aeração decorrentes da carbonatação.

(6)

Figura 2 Representação esquemática da penetração de CO2 por difusão e do processo de carbonação. Fonte: Figueiredo, 2005, p.831

Pelo fato do concreto ser um material poroso, o CO2 presente no ar penetra, com certa facilidade, através dos poros do concreto até o seu interior. Deste modo, segundo Cunha, Manoel (2014), acontece a reação do CO2 com o hidróxido de cálcio, ocasionando a carbonatação. A lixiviação do hidróxido de cálcio, com a consequente formação do carbonato de cálcio insolúvel, é responsável pelo aparecimento de eflorescência caracterizada por depósitos de cor branca na superfície do concreto. Algumas vezes, esse depósito aparece sob a forma de estalactites. Quando o processo de lixiviação é acentuado, o concreto vai se tornando poroso, tendo maiores espessuras de carbonato de cálcio. Na Figura 2, tem-se a representação esquemática do mecanismo de carbonatação proposto por (BAKKER, 1988). A consequente precipitação de carbonato de cálcio nos poros promove também, a princípio, uma redução da permeabilidade da pasta pelo fechamento parcial dos seus poros. Contudo, isso é insuficiente para evitar o avanço da reação em movimento ao interior do concreto. A lixiviação posterior dos produtos da carbonatação é, em parte, responsável pela continuidade do processo.

Segundo Helene (1986), o pH de precipitação do CaCO3 (carbonato de cálcio) é próximo de 9,4. Deste modo, o concreto é separado por duas regiões com Ph muito distintas, uma com pH < 9, região carbonatada, e a outra com pH > 12, correspondente a região não carbonatada, carbonatação avança a partir da superfície, que separa duas zonas de pH muito distintas. Para casos onde o pH da solução de poro, após a ação do CO2, resulta em um valor suficientemente baixo, igual ou menor a 8,5 pode haver a formação de ácido carbônico (HCO3) Cascudo (1997). As reações de carbonatação possuem a tendência de diminuírem a sua intensidade com o tempo. Essa estabilização é justificada como sendo proveniente da

(7)

hidratação do cimento e também pela colmatação dos poros provocada pelas próprias reações de carbonatação (SCHIEEL, 1983).

Segundo Lima (1996), uma vez que a carbonatação ocorre devido à penetração do dióxido de carbono do ar e a sua reação com os compostos do cimento, pode-se afirmar que os fatores que vão controlar o avanço da carbonatação são aqueles relacionados com a qualidade do concreto de cobrimento. Dentre os fatores estão a variação térmica, a umidade relativa, relação a/c; a permeabilidade ao ar, água e gases; a porosidade, a resistência, o tipo de cimento utilizado, a concentração de CO2, dentre outros.

As variações térmicas atingem com mais rigor as lajes, marquises e facilitadores para o ingresso de elementos deletérios no interior do concreto, propiciando a carbonatação do concreto, redução da alcalinidade, despassivação da ferragem e a consequente corrosão das armaduras.

A umidade relativa do ambiente contribui significativamente o processo de carbonatação. Observam-se as maiores taxas de carbonatação entre 50 e 60%. Com unidades relativas abaixo de 20% ou acima de 95% a carbonatação não ocorre ou ocorre muito lentamente. Quando os poros estão secos o CO2 difunde sem dificuldade até o interior do concreto. Porém, a ausência de água impedirá a reação de carbonatação. Quando os poros estão saturados a frente de carbonatação não avança devido à baixa velocidade de difusão do CO2 na água. Quando os poros estão parcialmente preenchidos a frente avançará dada existência conjunta dos dois fatores, possibilidade de difusão do CO2 e água para as reações de carbonatação (FIGUEIREDO, 2005).

Segundo Nunes (1988), conclui-se de seu trabalho experimental sobre diversos traços e tipos de cimento que é a relação água/cimento que determina a profundidade da carbonatação mantidas iguais as condições ambientais, e a cura do concreto. Esta constatação é confirmada por Helene (1993) ainda afirma que para cura e condições ambientais constantes, os parâmetros que controlam a carbonatação são a qualidade da pasta que está diretamente pautada na relação água/cimento e a quantidade CAOH2 na solução aquosa da pasta de concreto.

Helene, (1993), denomina de reserva alcalina este teor de álcalis disponível para carbonatação e coloca que quanto maior a concentração de hidróxido de cálcio na solução intersticial dos poros menor será a velocidade de penetração do CO2. É em função do conceito de reserva alcalina que, alguns autores afirmam que concretos com adições pozolânicas apresentam profundidades de carbonatação maiores do que a profundidade de carbonatação obtida em concretos de cimento Portland comum, pois ocorre uma diminuição no teor de álcalis quando a sílica reage com o Ca(OH)2, na reação pozolânica.

2.2- Eletroquímica - corrosão por cloretos

Dentro do contexto da corrosão das armaduras, há a necessidade de destinar atenção especial à agressividade do macroclima e microclima, haja vista que um dos ambientes de maior agressividade para o concreto armado é a atmosfera salina, principalmente pela ação da maresia, de águas saturadas de sais em contato direto com a estrutura ou névoa salina. Estes sais, tais como os de base cloreto, podem despassivar a armadura embutida no concreto e, assim, desencadear o processo de corrosão dos íons cloretos que penetram no concreto através

(8)

de mecanismos de transporte de massa, tem-se como exemplo a difusão iônica no concreto até atingir a armadura. A corrosão de armaduras devido ao ingresso de cloretos é um dos problemas mais sérios e intensos que pode ocorrer em estruturas de concreto, podendo também provocar uma maior deterioração, e, refletindo-se na limitação da vida útil de serviço. (FERREIRA, 2005).

Denomina-se como “teor crítico de cloretos”, aquele presente no concreto, junto às armaduras capaz de desencadear o fenômeno da corrosão. Não há um consenso na comunidade científica mundial sobre o teor de cloretos que podem provocar a despassivação da armadura, iniciando o processo corrosivo. Há duas formas para expressar-se o teor de cloretos necessário para que ocorra a despassivação da armadura: a relação Cl/OH, da solução dos poros e a quantidade de cloretos por unidade de cimento ou concreto. (CASCUDO, 2005).

De acordo com Gentil (1996), os processos de corrosão são considerados reações químicas heterogêneas ou reações eletroquímicas que se passam geralmente na superfície de separação entre o metal e o meio corrosivo. Ainda segundo Helene (1986), o eletrólito é representado pela umidade presente no interior do concreto. A diferença de potencial entre dois pontos da superfície pode ocorrer por diversos fatores: por diferença de umidade, aeração, concentração salina, tensão no concreto e no aço, falta de uniformidade na composição do aço.

Segundo a morfologia, a corrosão pode ter várias classificações, entretanto para o nosso artigo, focado na corrosão de estruturas de concreto, será abordado apenas três tipos: Corrosão uniforme, corrosão por pite e sobtensão fraturante, corrosão esta ultima preocupante, pois não se observa perda de massa do material como é comum em outros tipos. Assim, o material permanece aparentemente em bom estado até ocorrer à inesperada fratura.

De uma forma geral, á medida que os diversos tipos de corrosão vão se processando, os produtos decorrentes da corrosão eletroquímica do aço vão se acumulando cada vez mais ao redor das armaduras, criando verdadeiras “crostas” no seu entorno (CASCUDO, 1997). Por serem altamente expansivos, passam a ocupar volumes de 3 a 10 vezes superiores ao volume original do ferro, podendo causar pressões internas de expansão superiores a 15 MPa, afirma também Cascudo (1997), que estas tensões internas são da ordem de 32 MPa, resultando em fissuração e facilitando ainda mais a entrada de agentes agressivos. Posterior à fissuração, pode ocorrer o destacamento da camada de cobrimento do concreto, deixando a armadura exposta, (Figura 3). Tamanha é a tensão expansiva exercida internamente pelos óxidos e hidróxidos de ferro gerados.

Figura 3 Esforços radicais produzidos que levam a fissuração e destacamento do concreto devido a corrosão das armaduras. Fonte: Cascudo (1997); p.63.

(9)

A armadura de aço, ao sofrer a corrosão, sofre perda de seção (Figura 4) na região anódica, devido à dissolução do ferro, resultando na perda de aderência aço/concreto, na redução da capacidade estrutural da peça e no surgimento de manchas de coloração marrom-alaranjada. Assim, devido às tensões internas expansivas provenientes dos produtos da corrosão (situados na região anódica), a deterioração da ferragem e o destacamento da camada de cobrimento, conforme a (Figura 5), sugerida por (MAR, 2006).

Figura 4 Perda de seção na barra de aço devido à corrosão eletroquímica. Fonte: adaptado de Cascudo (1997), p.58.

(10)

Figura 5 Desagregação de uma estrutura de concreto armado causada por ataque químico expansivo. (ANDRADE – 1992).

Porem, nem sempre se origina fissuração quando se manifesta corrosão na ferragem. Caso o concreto esteja muito úmido, os óxidos serão gerados a uma velocidade constante e podem emigrar através da rede de poros, aparecendo na superfície sob a forma de manchas marrom-avermelhadas, não apresentando fissura. No entanto, é comum a ocorrência das duas situações concomitantemente: fissuras acompanhadas de manchas corrosivas (CASCUDO, 1997).

Oxidação também conhecida como corrosão seca, é uma reação de redução e entende-se por ataque provocado por uma reação química ou eletroquímica, gás-metal, com formação de uma película de óxido.

“Alguns autores afirmam que a corrosão química também é eletroquímica, embora em menor escala por apresentar menor quantidade de eletrólito, e não concordam, portanto com o termo corrosão seca, bem como diferenciam corrosão química de oxidação” (CASCUDO, 1997, p.18).

Este tipo de corrosão (oxidação), reações de dissolução do metal, é extremamente lento à temperatura ambiente e não provoca deterioração substancial das superfícies metálicas, salvo se existirem gases extremamente agressivos na atmosfera tais como sulfetos, amônia e CO2. Este fenômeno também ocorre, durante a fabricação de fios e barras de aço. Ao sair do trem de laminação, com temperaturas da ordem de 900°C, o aço experimenta uma forte reação de oxidação com o ar ambiente. A película que se forma sobre a superfície das barras é compacta, uniforme e pouco permeável, podendo servir até de proteção relativa das armaduras contra a corrosão úmida posterior, de natureza preponderantemente eletroquímica. Esta película, denominada carepa de laminação, deve ser removida por processos físicos. A película inicial é substituída por outra de hidróxido de cálcio ou fosfato de zinco, que são

(11)

utilizados como lubrificantes do processo podendo ser, semelhante à primeira, contribuindo para uma razoável proteção do aço contra a corrosão.

Um agravante para a deterioração de estruturas de concreto é o efeito combinado de cloretos e carbonatação, ou seja, o ataque conjunto, pois um concreto carbonatado não possui a mesma capacidade de combinar cloretos como um concreto não carbonatado. Então, quando um concreto começa a carbonatar, uma parte dos cloretos que se encontram combinados passa à condição de cloreto livre do complexo cloroaluminato. Assim, a quantidade de íons livres pode atingir o limite critico de rompimento da camada passivadora, uma vez que a carbonatação destrói os compostos hidratados tal como o sal de Friedel que se decompõe em carbonato de cálcio e óxido de alumínio, liberando cloreto e água, e o C-S-H que se decompõe liberando os íons cloretos adsorvidos. Logo, esta é normalmente a causa dos problemas mais graves de corrosão (CUNHA, MANOEL, 2014).

Segundo a morfologia, a corrosão pode ter várias classificações: corrosão uniforme, corrosão por pite e corrosão sobtensão fraturante. Para Gentil (2003), a caracterização segundo a morfologia auxilia bastante no esclarecimento do mecanismo e na aplicação de medidas adequadas de proteção.

2.3- Corrosão uniforme

Primeiramente, a corrosão uniforme contamina a armadura em toda sua extensão quando exposta ao meio corrosivo, ocasionando perda uniforme da massa da ferragem e não ocasiona patologias graves compara com a corrosão por pites.

“O ataque uniforme é uma forma de corrosão eletroquímica que ocorre com intensidade equivalente ao longo da totalidade de uma superfície exposta, frequentemente deixando para trás uma incrustação ou um depósito. ” (CALLISTER, 2002, p. 399).

Uma forma de controle desta corrosão é o uso de inibidores dentre eles podemos classificar como seguro, aquele que, quando em concentração insuficiente para proteger a superfície do metal, provoca uma corrosão uniforme, não causando danos localizados, provocando, com isso, somente um sistema “não inibido”. Os inibidores seguros reduzem a corrosão total sem aumentar sua intensidade nas áreas desprotegidas. Um exemplo deste são os inibidores catódicos, os quais agem fazendo uma polarização catódica e como o metal, no catodo, não entra em solução, não haverá corrosão nestas áreas.

2.4- Corrosão localizada

Em seguida, a corrosão localizada ou por pite é um tipo de corrosão caracterizada por causar a presença de uma cavidade com elevada relação entre o comprimento e o diâmetro da peça, pode ser considerada o tipo mais grave de corrosão que ocorre na armadura. São causadas principalmente pela presença dos íons halogênios cloreto (CL), bromo (Br) e iodo (I), sendo o cloreto o agente mais agressivo, devido à ampla presença na natureza. Resulta na formação de uma cavidade que se propaga rapidamente e deteriora significativamente as propriedades mecânicas da armadura.

(12)

Na corrosão localizada por pite a perda de massa ocorre apenas em determinadas regiões especificas, denominada de sítio ativo, ocorrendo assim uma perda de massa inferior à corrosão uniforme. Por outro lado, a corrosão por pite, além da perda da massa, provoca implicações altamente danosas na armadura, efeitos adversos nas propriedades mecânicas da armadura, a perda da resistência a fatiga.

Segundo Carlos Alberto C. de Sousa, quando ocorre à ruptura do filme passivo pelos íons halogêneos constitui a etapa inicial da corrosão por pite. Após esses íons superarem a barreira representada pelo filme passivo e atingirem a superfície do metal, pode ocorrer à formação do pite estável, desde que a concentração dos íons alcance um valor mínimo e que ocorra em presença de água.

“A ruptura do filme passivo é a etapa inicial do processo de formação do pite, na qual os íons halogênios superam a barreira representada pelo filme passivo. É um fenômeno que ocorre com extrema rapidez e em uma escala muito pequena, tornando, assim, a observação direta desse fenômeno bastante difícil. Este fator dificulta, portanto, o esclarecimento do mecanismo de ruptura do filme passivo.” (Cunha, Manoel, 2014).

2.5- Corrosão sobtensão

Por último, de acordo com Cascudo (1977), a corrosão sobtensão, ocorre na armadura de estrutura de concreto protendido. Pode-se dar também em estruturas de concreto armado, já que com pelo menos 10% do limite de resistência à tração do aço é possível a sua ocorrência. Em ambientes ricos em cloretos e com elevados níveis de tensão, a velocidade de ocorrência deste tipo de corrosão é maior e sua incidência passa a ser preocupante. Os mecanismos que regem a corrosão sobtensão são pouco compreendidos, mas seus efeitos são reconhecidamente perigosos nas estruturas de concreto, caracterizando-se por rupturas bruscas, sem deformações significativas de elementos estruturais e praticamente sem sintomas visuais de corrosão.

Este tipo de corrosão ocorre quando o metal e submetido simultaneamente à ação de uma força de tração estática e ao meio corrosivo. É caracterizada pela formação de trincas no metal. Assim estas trincas, que podem ocorrer de forma intergranular, contorno dos grãos, ou de forma transgranular, através dos grãos e como decorrência ocorre à ruptura brusca do material, sem deformações significativas, praticamente sem sintomas visuais de corrosão, sendo assim, caracterizada como um tipo grave de corrosão.

3- Técnicas de avaliação e monitoramento

Para diagnosticar as patologias nas edificações é necessário conhecer suas formas de manifestação, ou seja, os sintomas, bem como os processos de surgimento, os agentes causadores desses processos e definir em qual etapa da vida da estrutura foram criados a predisposição a esses agentes, definindo as origens dessa patologia.

(13)

Entende-se por corrosão do concreto armado não apenas problemas da corrosão da armadura, mas também ás condições de maior e menor eficiência da proteção pelo próprio recobrimento do concreto e valores químicos de pH. (RIBEIRO, DANIEL VÉRAS, 2013).

A seguir exporemos alguns métodos mais comuns para avaliação e monitoramento da corrosão.

A inspeção visual, ou com o uso de filmadoras ou máquinas fotográficas é a técnica mais utilizada na avaliação do estado de corrosão das edificações. Quem faz esta avaliação deverá possuir grande experiência porque é um fator decisivo para uma correta avaliação do estado de deterioração da estrutura, este método visual, que geralmente se insere em etapas de uma avaliação preliminar, pode-se lançar mão de dispositivos como lupas, binóculos entre outros. Quando se observa o estado de corrosão pode-se constatar o surgimento de fissuras paralelas às armaduras; fragmentação e destacamento do cobrimento e no estado avançado de corrosão o lascamento do concreto. Logo, quando há indicações externas do processo corrosivo, normalmente parte da armadura já se encontra comprometida, pois, a manifestação é tão somente o afloramento deste.

A verificação da profundidade de carbonatação é um dos testes mais usuais para constatar o fenômeno da corrosão do concreto por CO2, carbonatação e os agentes principais são a permeabilidade e difusividade deste.

No caso da carbonatação pode-se avaliar através do emprego de reagentes como a fenolftaleína ou a timolftaleína, borrifando em perfis de concreto de recobrimento, Cascudo (1997), relata que estes indicadores são substâncias químicas que em contato com a solução alcalina do concreto, adquirem colorações típicas a partir de um determinado pH da solução.

Figura 6 Teste de carbonatação no concreto armado com solução de fenolftaleína. (HORMIGONELABORADO.COM).

A fenolftaleína apresenta coloração róseo-vermelhada com valores de pH iguais ou superiores a 9,5 e incolor abaixo desse valor (figura 6), por outro lado a timolftaleína apresenta coloração azulada com valores de pH da ordem de 10,5 ou acima deste parâmetro e incolor abaixo deste valor. Conforme já mencionado anteriormente, a ferragem despassiva-se para valores de pH inferiores a 11, sendo assim recomenda-se o uso do timolftaleína para uma melhor segurança da constatação inicial da carbonatação. Embora alguns autores relatasse que tal situação induz, muitas das vezes, ao erro de só se considerar que o concreto esteja sofrendo com ataque grave por carbonatação quando a mudança de cor do concreto está encostada à

(14)

armadura. Segundo o diagrama de Pourbaix não é necessário que a frente de carbonatação esteja encostada à armadura para ocorrer a despassivação da armadura.

Em temos práticos, admite-se que o concreto não está carbonatado quando, se borrifar o reagente, ele adquirir em sua superfície a coloração típica, caso fique incolor, constata-se que o concreto está carbonatado.

O teor de cloretos livres presentes no concreto, na fase liquida, sempre existirá, por maior que seja a capacidade de um dado concreto de ligar-se quimicamente ou absorver fisicamente íons cloretos. Estes cloretos livres são os que potencializam o processo corrosivo do concreto armado e efetivamente causam preocupação. A coleta de amostras para a determinação da porcentagem de cloretos é muito importante. As amostras podem ser obtidas por extração de pedaços ou recolhimento do pó de concreto, cerca de 25g aproximadamente, que se obtém através de perfurações a profundidades crescentes, recomenda-se que os primeiros milímetros sejam descartados.

Potenciais eletroquímicos, utilizando o mapeamento de potenciais são possíveis identificar as zonas mais corroídas por cloretos, anódicas, e as menos ou nada corroídas, catódicas, o que auxilia sobremaneira no momento de se executar um reparo, por exemplo. Esta é uma técnica de fácil medida em laboratório, a técnica do potencial, também conhecida como potencial de corrosão, não é possível avaliar a evolução desse processo corrosivo ou a velocidade de corrosão, isto significa que não oferece informações quantitativas. Esta técnica indica tão somente quais as probabilidades de ocorrência da corrosão, no caso em particular, o concreto armado, as armaduras reagem com o eletrólito que as rodeia (concreto), assim é possível delimitar zonas com potenciais eletroquímicos diferentes a que correspondem diferentes comportamentos do aço. Com isto, pode-se indicar uma situação de corrosão ou estado passivo destas, mas de forma apenas aproximada. (Ribeiro, Daniel Véras, 2013).

Por tudo isto, considera-se que as informações fornecidas por essa técnica, não são suficientes para caracterizar completamente o estado de corrosão da estrutura e, por esta razão, deve-se utilizar outras técnicas complementares.

Outra técnica recente, e a do ruído eletroquímico, com esta técnica são possíveis avaliar o estado de corrosão das estruturas de concreto. Ela se baseia no fato de ocorrer flutuações no potencial corrosivo ou na densidade de corrente, (é o vector de magnitude igual à quantidade de carga elétrica por unidade de tempo que passa em determinada área superficial). A densidade de corrente ocorre ao longo do tempo, está relacionada com o início da despassivação da estrutura ocasionando principalmente corrosão localizada ou a velocidade do processo corrosivo.

Esta nova técnica segundo (U, Bertocci, 1986, p.127) apesar de promissora, ainda é pouco utilizada, mesmo apresentando bons resultados relacionando-se com outras técnicas como, por exemplo, a de resistência à polarização linear e a técnica de impedância eletroquímica.

Segundo Cascudo, (1997, p.159), por meio da técnica de ruído eletroquímico, as seguintes informações podem ser obtidas:

 Detecção do início de corrosão localizada;

 Distinção entre corrosão localizada e corrosão generalizada;

 Caracterização do tipo de corrosão, se por pite ou sob a forma de corrosão sobtensão fraturante;

(15)

 Distinção entre sistemas com corrosão ativa e sistemas passivos, onde ainda não ocorreu a corrosão;

 Indicação da velocidade de corrosão, e não uma avaliação desta velocidade;

 Fornecimento de um indicativo da intensidade do ataque corrosivo, caso não seja possível determinar o parâmetro Rn (resistência ao ruído). Para se estimar a taxa de corrosão, ainda segundo Cascudo, (1997) relata que isto é possível porque é sabido existir uma aceitável correlação entre o nível (amplitude) dos ruídos e a taxa de corrosão. Sendo assim, teoricamente, quanto mais altas apresentarem a frequência e a amplitude das flutuações de potencial observadas durante a corrosão, mais alta será a taxa de corrosão.

Outra técnica é o ruído ou emissão acústica, técnica, segundo Cunha, (2013), que permite determinar com exatidão o inicio do processo corrosivo na armadura e, posteriormente, a fissuração do concreto nas proximidades. Esta técnica como algumas já mencionadas possui a deficiência da falta de dados que representem, quantitativamente, a cinética da corrosão.

Assim, a resistência à polarização linear é o método mais empregado para a medição da velocidade de corrosão instantânea, admitindo aferir a perda de massa de aço da armadura em um intervalo de tempo. Desta forma a relação produzida pela corrente instantânea e a área da armadura polarizada, fornece a densidade de corrente, cujo parâmetro determina a taxa de corrosão. Uma grande vantagem desta técnica é que nesse intervalo de polarização permite a avaliação corrosiva da armadura sem a sua destruição. Entretanto os valores podem ser influenciados por múltiplos fatores como a umidade relativa, a temperatura, a área efetiva da armadura avaliada, o tipo de corrosão, entre outros. Devendo assim os dados ser avaliados com certo critério e repetidos em intervalos de tempo bem definidos. Comparar os valores de intensidade de corrente em zonas de passividade, onde ainda não apresentar a corrosão, com os das zonas de atividades, onde já se tem o processo corrosivo, para tornarem confiáveis os resultados.

As técnicas descritas acima requerem um conhecimento apurado de vários seguimentos como eletricidade, química, física, entre outros para poder compreender todo o comportamento das reações complexas da corrosão do concreto armado.

Existem também técnicas através de equipamentos até então utilizados apenas na medicina, entre elas a radiografia, uma técnica essencialmente utilizada para detectar vazios no concreto ou nas bainhas dos cabos de pré-esforços (concreto protendido). A sua aplicação na detecção de corrosão da armadura não é muito utilizada aja vista que as imagens são pouco nítidas, nem sempre possíveis perceber as perdas de seção da armadura abaixo de 15%. Possui algumas desvantagens, que muitas das vezes, as peças têm que ficar em exposição de 20 a 30 minutos para a obtenção de imagens. Outra limitação é a dimensão das peças, pois o equipamento deve estar também instalado do outro lado da zona a ser avaliada.

Segundo Manoel Cunha, (2013), a utilização da tomografia computadorizada na avaliação da durabilidade do concreto armado é uma técnica recente e faz uso da emissão de radiação X ou gama em planos diferentes para assim montar uma imagem tridimensional. Da mesma forma que a radiografia, o acesso a ambos os lados a ser avaliado é condição essencial para aplicação desta técnica.

(16)

“A tomografia é uma ferramenta mais utilizada na detecção do trajeto dos cabos de pretensão dentro do concreto do que propriamente na identificação do fenômeno de corrosão que normalmente necessitam de maior resolução.” (RIBEIRO, DANIEL VÉRAS, 2013).

Posteriormente após a identificação das patologias é possível determinar o diagnóstico final, sendo este o processo mais importante, pois é a partir dele que se pode definir o tipo de intervenção. Se a análise for equivocada, além de não se resolver o problema, poderá acabar comprometendo as análises futuras que serão necessárias para correção da patologia e ainda haverá um grande desperdício de dinheiro, pois na maioria das vezes para se corrigirem as patologias ocorrerá um grande gasto. Assim, após o diagnóstico o profissional tem a opção de corrigir a patologia, impedir ou controlar sua evolução, ou apenas estimar o tempo de vida da estrutura, limitando sua utilização ou em ultima hipótese recomendar a demolição.

4- Medidas preventivas e corretivas dos efeitos da corrosão no concreto armado

O concreto, material de construção de grande e diversificado uso, a sua durabilidade torna-se um fator importante na avaliação de um projeto estrutural. Como visto anteriormente existem várias causas de patologias no concreto, bem como para cada uma delas há uma solução mais indicada, tanto pela eficiência dos resultados, como pela questão econômica. As causas patológicas no concreto, sendo possível constatar, ocorrem na fase da concepção do projeto, ou seja, podem-se reduzir os incidentes patológicos na elaboração do projeto, reduzindo-se custos e desperdício de material. De acordo com Sousa e Ripper, (1998), no Brasil 52 por cento das patologias ocorrem na execução das obras, provavelmente pela falta de mão de obra qualificada e pelas técnicas de construção arcaicas, com a preocupação imediata de término da construção, deixando em segundo plano a qualidade final da edificação.

Um concreto de boa qualidade, manufaturado a partir de um traço recomendado, contendo uma espessura adequada e executado corretamente é essencial para que a armadura seja protegida contra a corrosão. No entanto, essas medidas em ambientes agressivos, como os ambientes que contêm cloretos e sulfatos, podem não ser suficientes para garantir que a armadura receba uma proteção adequada contra a corrosão. ”(LOURENÇO, M. ZITA, 2013).

Helene, (1998) diz que um bom diagnóstico se completa com algumas considerações sobre as consequências do problema no comportamento geral da estrutura, ou seja, um prognóstico da questão. De uma forma geral, costuma-se separar as considerações em dois pontos: as que afetam as condições de segurança da estrutura (associado ao estado limite último) e as que comprometem as condições de higiene, estética, entre outras. Patologias que afetam a segurança estrutural são aquelas que podem evoluir e provocar o colapso da obra. Caso se recupere a parte comprometida, menor será o custo, conforme a “Lei de Sitter”, citada por Helene, Figueiredo (2003). Ainda é de se referir que, o custo com a reparação das patologias, depende da natureza destas; localização do edifício; número de pisos e materiais utilizados na edificação. Também enfatiza que, os efeitos serão maiores se as anomalias não

(17)

forem sanadas, evoluindo-se para a degradação generalizada, o que torna inviável sua reparação tendo em conta o fator custo/benefício.

O mais usual na intervenção de estruturas em que a corrosão é ocasionada pela contaminação do cloreto são a reparação pontual e os métodos eletroquímicos. Como exemplo, podemos citar a proteção catódica e a dessalinização, também conhecida no meio acadêmico por extração eletroquímica de cloretos. Ainda segundo M. Zita Lourenço, no caso de estruturas carbonatadas, as técnicas são distintas. As técnicas mais utilizadas são a reparação convencional e a realcalinização. A reparação convencional envolve a remoção mecânica do concreto contaminado seguido da sua substituição por material novo, pode-se citar a argamassa polimérica. Argamassas poliméricas apresentam elevada fluidez e são indicadas para a recuperação superficial de estruturas feitas de concreto. Estes polímeros podem atuar no cobrimento de armaduras de aço que, por diversas razões, ficaram expostas e sujeitas aos efeitos da corrosão, prejudicando o desempenho de toda a estrutura. Embora essa técnica seja bastante utilizada, sua aplicação na recuperação de estruturas contaminadas por íons cloreto é pouco eficaz em longo prazo. Segundo M. Zita Lourenço, se a reparação não remover todo o concreto contaminado por cloretos, novas áreas de corrosão são formadas próximas às áreas reparadas, ocasiona-se assim a continuidade da deterioração.

À priori, as principais medidas que são utilizadas para proteção da armadura do concreto armado contra a corrosão são: proteção catódica da armadura; substituição da armadura de aço carbono por materiais resistentes, um exemplo é o uso do aço inoxidável; inibidores de corrosão; uso de uma base de zinco sob a ferragem; compostos a base de polímeros com reforço de fibra de vidro ou um recobrimento de concreto adequado entre outras medidas.

Na prevenção de patologias o fator problemático a estes procedimentos, é o elevado custo inicial da obra. Mas que produzem eleitos positivos pensando em longo prazo. Estudos de viabilidade comprovam uma diminuição do custo de manutenção e os eventuais transtornos causados por eventuais paralisações devido às operações de reparo e manutenção. Os americanos, segundo Manuel Cunha, (2013), são pródigos em levantamentos sobre a incidência de manifestações patológicas em estruturas de concreto, em 1982 um levantamento do estado de conservação de 560.000 pontes americanas, indicou que 39.000 delas deveriam ser reparadas ao custo de 7.2 bilhões de dólares. No Brasil, ainda são poucos os dados e as pesquisas disponibilizadas.

Para evitar a ocorrência de corrosão em obras novas é fundamental o domínio de técnicas atualizadas e um conhecimento sistêmico do problema. No caso de reparos e recuperações o domínio e a percepção são ainda maiores.

Entre outras destas técnicas, podemos citar os inibidores que podemos descrever como componentes químicos que quando adicionado em quantidades adequadas, pode prevenir a corrosão da armadura de aço e não tem efeitos contrários às propriedades do concreto. Atuam junto às superfícies das armaduras, podendo retardar, reduzir ou mesmo impedir a corrosão do aço e, necessariamente, não afetam de forma adversa as propriedades da mistura, seja no estado fresco ou endurecido. Segundo Andrade (1992), os inibidores de corrosão são substâncias que possuem a capacidade de bloquear a atividade da reação anódica, da reação catódica ou de ambas. No caso particular do concreto, estas substâncias devem ser ativas em um meio alcalino, e não alterar substancialmente suas propriedades físicas, químicas e mecânicas. É importante salientar que os inibidores são específicos em termos do metal a

(18)

proteger; do meio corrosivo; da temperatura e da sua faixa de concentração. É fundamental usar uma quantidade apropriada de inibidor, já que muitos componentes inibidores podem produzir efeitos contrários, acelerar a corrosão, provocando um ataque localizado como a corrosão por pite.

Não é novidade o uso de inibidores, já que vem sendo testado o uso de inibidores incorporados ao concreto desde 1958, entretanto somente a partir de 1970 eles foram intensificados. Além do nitrito de cálcio, que é um inibidor comercial tradicionalmente usado em estruturas de concreto armado, muitas substâncias foram testadas como inibidores contra a corrosão da armadura de concreto, algumas com resultados bem aceitáveis. Os inibidores inorgânicos mais utilizados comercialmente são à base de nitrito de cálcio, nitrito de sódio, o cloreto estanhoso e o o cromato de potássio. Os nitritos são os inibidores inorgânicos mais conhecidos, e são estudados desde a década de 50. Os orgânicos principalmente a base de aminas, estes oferecem proteção pela adsorção e formação de um filme monomolecular na superfície da armadura e às vezes retardam a chegada de íons cloretos na armadura.

Alcanolaminas tais como dietanolamina, dimetilpropanolamina, monoetanolamina, imetiletanolamina, metildietanolamina e trietanolamina foram testadas como inibidores e seus efeitos nas propriedades mecânicas do concreto foram avaliados. Um efeito inibitivo foi particularmente estudado com trietanolamina, monoetanolamina e metildietanolamina. Encontrou-se que sais de alcanolamina de compostos orgânicos e inorgânicos reduzem a velocidade de corrosão do aço e são compatíveis com a matriz do concreto. (Gentil, 2003).

Os inibidores podem ser classificados de acordo com sua concentração crítica que é baseada na forma que o inibidor atua em concentração insuficiente ou acima do correto para proteger toda a superfície do metal. Assim podemos fazer a seguinte classificação: inibidores seguros e perigosos.

Inibidores seguros, conforme já mencionados anteriormente, são aqueles que, quando em concentração insuficiente para proteger a superfície do metal, provoca uma corrosão uniforme, não causando danos localizados, provocando, com isso, somente um sistema de corrosão uniforme, sem aumentar sua intensidade nas áreas desprotegidas.

Por outro lado, inibidores perigosos, são aqueles em que quando presente em concentrações insuficientes para promover uma proteção em toda a superfície do metal, contrariamente, provoca uma forma de corrosão por pite. Em muitos casos, faz com que a situação por eles criada, apresente corrosão mais acirrada do que o sistema sem inibidor. Como exemplo de inibidores perigosos, inclui-se a maioria dos inibidores anódicos.

Quando se pensa em proteger uma estrutura contra a corrosão de armaduras, o primeiro recurso que vem à mente é a melhoria da qualidade do concreto. Entretanto existe outra técnica de ação direta sobre a qualidade físico-química da armadura. Trata-se de utilizar armaduras resistentes à corrosão como o aço inox. Com relação à proteção física da armadura podemos citar a proteção que consiste em aplicar revestimentos em sua superfície, esses revestimentos podem ser de materiais orgânicos, à base de epóxi ou o processo de galvanização, por exemplo.

A galvanização consiste em emergir a armadura em um banho de zinco fundido, a uma temperatura entre 440 ºC a 480 ºC, (Manoel, Cunha, 2013). Em sua superfície se formarão duas camadas. Uma mais interna composta de uma liga de zinco ferro e uma mais externa composta de zinco puro. O produto de corrosão do zinco se desprende na forma de pó e migra em direção ao concreto a partir da superfície da armadura galvanizada. O menor volume do

(19)

produto de corrosão do zinco diminui significativamente a possibilidade de ocorrer à formação de trincas e a consequente ruptura do concreto. Segundo (Helene, 1986), o zinco protege o aço de duas formas: barreira entre o aço e ambiente e, como anodo de sacrifício. É consenso entre os autores pesquisados que a velocidade de corrosão do aço galvanizado em concretos carbonatados é muito inferior à do aço não galvanizado. Segundo Helene, (1986, p. 32.) “A taxa de corrosão da camada de zinco pode variar de 2,4 a 15 μm/ano”. Além disso, os produtos de corrosão do zinco são menos expansivos e ligeiramente mais solúveis do que o óxido de ferro, o que possibilita a ele alojar-se na interface aço concreto, diminuindo as tensões e consequentemente as fissurações. Em relação aos cloretos a armadura galvanizada também possui um comportamento melhor do que o aço convencional. Em vários países, como na Itália, e em Bermudas, o uso de armaduras galvanizadas de aço, tem se tornado importante devido ao fator de recentes normas, (MANOEL, CUNHA, 2013). Normas técnicas recomendam o uso desses reforços, ainda segundo Montenero (2005) a quantidade de cloreto necessária para despassivar o zinco é 4 a 5 vezes superior à armadura sem revestimento. De tal modo, este método tem se mostrado eficaz na elevação da vida útil das estruturas de concreto armado. A norma ABNT NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto, prevê no item 7.7, a galvanização como uma das medidas especiais de proteção e conservação da armadura.

“Apesar das evidências de que a galvanização apresenta um efeito positivo sobre a resistência à corrosão da armadura do concreto armado, faltam informações que são importantes quanto à relação custo/benefício da armadura galvanizada em comparação com a armadura não galvanizada.” (MANOEL, CUNHA, 2013).

Com o surgimento das armaduras resistentes à corrosão, mudam-se os conceitos em relação à durabilidade da estrutura. Fala-se agora de materiais que não estão sujeitos à corrosão, ou apresentam períodos de iniciação muito longos e taxas de corrosão desprezíveis. Desta forma, pode-se atingir com relativa facilidade vida útil de 100-120 anos.

O aço inoxidável é um aço contando no mínimo 10,5% de cromo, máximo 1,2% de carbono e que apresente alta resistência à corrosão atmosférica. Sendo que para função estrutural o carbono não pode ultrapassa a concentração de 0,07%. Segundo Tula (2005) a elevada resistência dos aços inoxidáveis à corrosão se deve à presença de cromo em sua superfície, que forma uma camada de passivação de óxido de cromo que continua aderente à armadura e estável na maior parte dos ambientes e soluções agressivas e diferentes meios

corrosivos contribuindo para um menor custo com a manutenção e reparo da estrutura. Os aços inoxidáveis são classificados em: austeníticos, ferríticos, martensíticos e

duplex. Segundo Tula, (2005), apenas os austeníticos e os duplex são indicados para armaduras de concreto armado. Gonçalves (2005), afirma que geralmente são utilizadas as armaduras em aço inoxidável do tipo austenítico, ferrítico e austenítico-ferríto, sendo que os ferríticos, de custo mais baixo, apenas para ambientes menos agressivos.

Além da elevada resistência à corrosão as ligas de aço inoxidável, tais como os austeníticos e os duplex, apresentam uma ótima combinação de características mecânicas, tenacidade, ductilidade e resistência a fatiga. Comportamento este que favorece positivamente nas estruturas de pontes e viadutos, estruturas que são submetidas a intensas solicitações mecânicas, além do quê o fato de proporcionar vantagens econômicas, pois permite a

(20)

utilização de uma menor quantidade de aço inoxidável em relação à armadura tradicional de aço carbono. Quando a estrutura tem a possibilidade de apresentar a corrosão sobtensão, principalmente se inserida em meios contendo cloreto, recomenda-se substituir o aço inoxidável austenítico pelo inoxidável duplex e que apresenta melhor eficácia a um custo bem semelhante.

Como outra opção tem os revestimentos epóxi, quando aplicados na armadura funcionam como barreira física. Segundo Gentil, (2003), resina epóxi é um dos mais importantes veículos para o combate à corrosão. Ela possui boas propriedades de aderência e resistência química, alta resistência à abrasão e ao impacto. Este revestimento quando bem aplicado, pode aumentar substancialmente a vida útil da armadura de aço, sendo o revestimento de epóxi uma das técnicas econômicas mais empregadas.

Esta resina é um bi componente de epóxi e o catalizador. Após a mistura dos elementos e antes que ocorra a cura, a resina é aplicada na armadura de aço carbono pelo processo de termofusão. Assim a resina em pó e aplicada na armadura previamente aquecida por meio da pintura por spray ou através de imersão da armadura no recipiente contendo o epóxi. O epóxi ao entrar em contato com a ferragem é aquecido, o que resulta nas reações químicas que provocam a união de cada partícula da resina entre si e à superfície da armadura. De acordo com Manuel Cunha, (2013), a camada de epóxi atua como uma barreira física entre a superfície da armadura e os agentes corrosivos presentes no concreto, tais como o cloreto e o oxigênio, paralelamente a este comportamento pode-se afirmar que o epóxi apresenta outras características importantes como uma elevada resistência elétrica, impedindo que o fluxo de elétrons possa contribuir para a corrosão eletroquímica. Quando se confronta a armadura com revestimento à base de epóxi em relação à armadura galvanizada, pode-se assegurar que o epóxi è mais eficiente na proteção contra a corrosão, sobretudo em um meio agressivo, como o que contém íons de cloreto. Entretanto, a armadura galvanizada requer uma menor necessidade de manutenção, por este motivo, fica claramente constatado que a utilização de proteção epóxi não previne o aparecimento da corrosão na armadura, e também não dispensa a necessidade de manutenção nas armaduras revestidas de epóxi.

As técnicas eletroquímicas de proteção e reparo em estruturas danificadas por corrosão de armadura são três: proteção catódica, extração eletroquímica de cloretos e realcalinização (MONTEIRO, 2005). Em princípio estas técnicas consistem em aplicar uma corrente elétrica contínua entre a armadura, que funciona como catodo, e um eletrodo auxiliar externo, que funciona como o anodo Gonçalves (2003). Ainda podemos citar outro elemento: o eletrólito, um condutor (usualmente um líquido) no qual o ânodo e o cátodo devem estar imersos. Contém íons que transportam a corrente elétrica do ânodo (positivo) para o cátodo (negativo). Neste caso em questão, o próprio concreto funciona como eletrólito.

A proteção catódica (figura 7), consiste em situar o potencial da interface armadura/concreto para valores abaixo do potencial de corrosão. Isto é conseguido através da aplicação de um fluxo de corrente elétrica constante, durante toda a vida útil da estrutura ou pela ligação do aço a um metal mais ativo. Os sistemas de proteção catódica podem ser de dois tipos: proteção catódica galvânica ou proteção catódica por corrente impressa.

“Proteger catodicamente uma estrutura significa eliminar, por processo artificial, as áreas anódicas superficiais do metal fazendo com que toda a estrutura adquira comportamento catódico. Como consequência, o

(21)

fluxo de corrente elétrica anodo/catodo deixa de existir e a corrosão é totalmente eliminada” (GENTIL, 2003, P.274).

As principais diferenças estão na densidade de corrente aplicada e na duração do tratamento.

Figura 7 Representação de proteção catódica por corrente impressa. Fonte: Dutra e Nunes, 1999. Proteção catódica galvânica, neste caso o fluxo de corrente a ser fornecido é originado da diferença de potencial existente entre o metal a proteger e o anodo escolhido, que deve ter o potencial mais negativo na tabela de potenciais. No caso do concreto o anodo mais escolhido é o zinco, que possui o potencial - 1,10 contra -0,20 do aço no concreto (GENTIL 2003).

(22)

No método de proteção catódica por corrente impressa (figura 8), a corrente de proteção é fornecida por imposição de tensões elétricas geradas por uma fonte externa de alimentação. Para tanto, normalmente são usados sistemas de controle e monitoração, para retificar corrente alternada, sendo o polo positivo conectado a um anodo e o polo negativo conectado à armadura. O anodo tem a função de distribuir a corrente nos elementos da estrutura, sendo este composto de um material condutivo de tempo de vida elevado, o qual é embutido no concreto, ou aplicado na sua superfície. Nesse sistema pode-se regular facilmente, em função das medidas dos potenciais estrutura/meio, a corrente de proteção liberada pelos anodos, mediante ajuste na saída do retificador. Para a proteção da parte atmosférica das estruturas, os sistemas de anodos mais utilizados são:

 Fita de malha de titânio ativado revestido com óxidos de metais nobre (Ti/MMO) e embebido em argamassa de baixa resistividade elétrica que tem como característica, à vida superior a 100 anos. A malha de Ti/MMO é fixada à superfície do elemento a proteger através de espaçadores de plástico com auxilio de abraçadeiras de plástico e recoberto com argamassa usualmente aplicada por projeção (figura 9);

 Revestimentos ou tintas orgânicas condutoras, aplicados diretamente na superfície do concreto a proteger. Os polímeros condutores, como também são chamados, podem ser utilizados em muitas aplicações tais como, proteção contra corrosão;  Anodos em forma de sonda com comprimento e diâmetro variável, dependendo do

elemento. O material pode ser titânio platinado, Ti/MMO ou cerâmicas condutoras. O formato da sonda anodo pode ser tubular, fita de malha, varão etc. Os anodos são inseridos em furos realizados no elemento de concreto a ser protegido, sendo estes embebidos num meio condutor, como pasta ou gel de grafite ou argamassas de baixa resistividade. Os furos realizados no elemento são de diâmetro e comprimento variável, dependendo do tipo de anodo;

 Fitas de malha de Ti/MMO de espessura variável. As fitas são instaladas em frisos pouco profundos feitos na camada superficial do concreto, com posterior revestimento com argamassas de baixar resistividade (figura 10);

 Revestimentos condutores aplicados por projeção na superfície do elemento a proteger. São essencialmente constituídas por argamassas que incluem fibras de carbono revestidas com níquel;

 Revestimentos metalizados (especialmente zinco puro), os quais também são aplicados na técnica de proteção galvânica.

(23)

Figura 9 Aplicação da malha de titânio ativado com espaçadores de plástico (a), aplicação da argamassa por projeção (b) – Revista IBRACON, volume 6 (2013).

Figura 10 A fita de malha Ti/MMO (a), instalação e soldagem (b), aspecto visual final (c) – Revista IBRACON, volume 6 (2013).

No método de proteção catódica por anodo de sacrifício (figura11), a corrente elétrica é resultado da diferença natural de potencial entre dois metais distintos, sendo um deles o aço-carbono da armadura (catodo) e, o outro, um metal menos nobre (anodo), segundo Gentil (2003), no concreto é utilizado anodos de platina. Também, dentre os metais, adotados em sistemas de proteção galvânica citam-se zinco, alumínio e magnésio. Além da diferença de potencial, esse método exige que o meio apresente uma condutividade elétrica constante para que a circulação da corrente elétrica entre anodo e catodo ocorra continuamente. Assim o sistema de proteção deve incluir a seleção do sistema de anodo mais adequado; determinação do numero, dimensão, localização dos anodos; divisão do sistema em zonas anódicas independentes, considerando as diferentes necessidades de corrente, as diferenças na resistividade do concreto, e o ambiente de exposição a fim de assegurar a polarização adequada a todas as partes da estrutura. Em estruturas de concreto, tais condições normalmente só são verificadas quando o concreto está exposto a uma umidificação constante ou está imerso. Caso isto não ocorra, a resistividade será variável, podendo em períodos de

(24)

alta resistividade haver uma queda da corrente, o que pode comprometer a proteção da armadura. Cita-se, também, que esse método não é aplicado em estruturas em que há presença de corrente de interferência.

Figura 11 Mecanismo de proteção catódica com anodo de sacrifício.

No Brasil, o sistema mais conhecido e adotado de proteção galvânica é o das pastilhas de zinco puro envolvida por uma argamassa condutiva e alcalina. Essas são galvanicamente conectadas às armaduras expostas, antes da aplicação de argamassas de reparo. Segundo a publicação NACE 01105, esse sistema tem o objetivo de conferir maior eficiência ao reparo, já que pode retardar a corrosão no local e, também, de restringir o aparecimento de anodos incipientes em áreas adjacentes. No exterior, além desse sistema, é usual adotar, quando da recuperação da estrutura, o sistema de jaqueta, que é composta de uma malha de zinco fixada a uma placa de fibra de vidro. A jaqueta é usada também na recomposição de estacas. Essa é instalada no entorno da estaca, sendo a malha de zinco (anodo) conectada à armadura. Quando da aplicação do material cimentício de reparo, a jaqueta é utilizada como fôrma de concretagem. Outro sistema, tanto para estruturas novas como deterioradas, é a metalização da superfície do concreto, o que é feito pela aspersão de uma fina camada de zinco puro ou de sua liga com alumínio e lítio. Conforme a publicação NACE 01105, em alguns casos, também é necessário o uso de um promotor de retenção de umidade (produto hidrofílico) sob o filme. Em estruturas marinhas, em que ocorre umidificação periódica do concreto, o sistema pode manter uma corrente 10,8 mA/m2, atendendo por anos o critério de 100 mV de polarização real.

A proteção catódica é uma solução tecnicamente eficaz para evitar a deterioração prematura e para prolongar o tempo de vida útil de estruturas de concreto em que se anteveem problemas de durabilidade devido à agressividade do meio ambiente ou devido a problemas de qualidade na construção. A pesquisa na literatura mostrou que, embora a técnica de proteção catódica seja adequada para estruturas expostas a condições ambientais diversas, esta vem sendo especialmente aplicada em estruturas atmosféricas sujeitas à corrosão por íons cloreto, ou já em processo corrosivo. O método de proteção catódica por corrente impressa é mais usual nessas estruturas do que a por anodo de sacrifício. No entanto, em alguns casos, a