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Patologias nas estruturas de concreto armado e técnicas de recuperação e proteção
Parte 2
Adriana de Araujo
Laboratório de Corrosão e Proteção
23/setembro/2015
CONTEÚDO
Parte 1 introdução (visão geral e normalizações); corrosão do aço-carbono, fatores desencadeadores da
corrosão e manifestações patológicas;Parte 2 técnicas de avaliação da corrosão;Parte 3 técnicas de recuperação e proteção.
Inspeção visualAvalição do estado de deterioração da estrutura:• Entendimento da natureza, extensão e
evolução do problema;• Prejuízos à segurança, funcionamento e
durabilidade da obra; ....e
nsa
ios
com
ple
men
tare
s...
• Tabelas de registro com identificação, configuração, localização das anomalias;
• Croquis e fotográfica;• Parecer técnico com recomendações de
conservação: reparo/ reforço/ tratamento superficial/proteção
http://www.basf.pt/
Inspeção Visual nas Estruturas de Concreto dos Píeres
Anomalias Sigla Descrição genérica Estabelecimento e/ou Desenvolvimento
Alterações Visualizadas na Superfície do Concreto Localizações Típicas
Mancha de Oxidação MO Alteração da coloração na superfície do concreto pela presença de produtos de corrosão lixiviados.
Corrosão do aço da armação e presença de água.
Área ou pontos do concreto com coloração avermelhada. Em locais com presença de outras anomalias.
Mancha de Umidade MU Alteração da coloração pela presença de água absorvida, água infiltrada ou de percolação ou resultante de reações no concreto.
Falhas de projeto, especificação, construção, ausência de manutenção. Ambiente de elevada umidade e/ou presença de agentes agressivos.
Área do concreto com coloração mais acentuada. Em locais com presença de outras anomalias.
Mancha de Escorrimento ME Alteração da coloração pela percolação de água pluvial associada, em geral, com a fuligem depositada na estrutura e microorganismos.
Percolação e/ou infiltração de água de chuva, contato com água de condensação de neblina, falta de proteção dos elementos ou ausência de meios de direcionamento da água pluvial.
Áreas do concreto com coloração mais acentuada e/ou esverdeada, presença de partículas carreadas.
Mancha de Carbonatação MC
Alteração da coloração pela precipitação e acúmulo de sais na superfície do concreto, e suas descontinuidades, de carbonato de cálcio resultante da dissolução e lixiviação de compostos hidratados da pasta de cimento.
Percolação e/ou infiltração de água de chuva, água de condensação de neblina, U.R. elevada (entre 65% a 85%). Reserva alcalina e concentração dos gases.
Área ou pontos no concreto com protuberância ou preenchimento de coloração esbranquiçada, devido ao acúmulo dos sais de carbonato de cálcio.
Mancha de Lixiviação ML Alteração da coloração pelo arraste de componentes: agregados miúdos e compostos da pasta de cimento.
Infiltração de água pura ou ácida. Presença de agregados miúdos e compostos da pasta de cimento na superfície do concreto.
Ao longo da face, na região central, aba, apoio, engaste, topo e balanço. Ao longo das bordas e regiões adjacentes das juntas, dos reparos/reforços, do sistema de drenagem, do concreto disgregado e segregadas e da armadura exposta.
Vazios VA
Presença de bolhas de ar aprisionado, em dimensões variareis (em geral, até 5 mm, com dimensão máximas de 10 mm) associada, ou não, a uma leve segregação superficial. A sua presença também é chamada de porosidade.
Falhas de execução e/ou projeto ou especificação.
Presença de bolhas e leve segregação do concreto. Distribuída ao longo da face.
Um exemplo de planilha de manifestações patológicas...
INTERFE- RÊNCIAS ANOMALIAS
REPARO e REFORÇO
(FAR)
CONCRETO DISGREGADO
(CDI)
MANCHA DE OXIDAÇÃO
NO CONCRETO
(MO)
CONCRETO SEGREGADO e/ou DESAGREGADO
(CS e CDE)
FISSURAÇÃO NO CONCRETO EIXOS
ÁREA TOTAL APROXIMADA (m2) EXTENSÃO TOTAL APROXIMADA (m)
OBSERVAÇÕES
1-2 2,1 0,1 2,0 _ 32,0 NA LAJE E 22,0 NAS VIGAS
DESTACA-SE A PRESENÇA DE VAZIOS NAS VIGAS D e C. A LAJE APRESENTA CONCRETO DISGREGADO E MANCHA DE OXIDAÇÃO. NO MURO DE CONTENSÃO, ANTES DO EIXO 1, HÁ TRINCAS.
2-3 2,0 0,1 3,0 2,0 8,0 NA LAJE E 60,0 NAS VIGAS
DESTACA-SE A PRESENÇA DE VAZIOS E DE CONCRETO SEGREGADO NAS VIGAS D e C. HÁ INTENSA FISSURAÇÃO NAS VIGAS A e B.
Um exemplo do resultado de inspeção...
Sob o ponto de vista de corrosão, as técnicas de sua avalição/monitoramento são as seguintes:Resistividade elétrica do concreto;
Potencial de corrosão eletroquímica;
Taxa de corrosão;
Profundidade de carbonatação;
Determinação de cloretos;
Sensores embutidos no concreto
Mais usuais,na inspeção!
propriedade física do concreto que indica a resistência ao fluxo de corrente elétrica (de natureza iônica) na fase líquida do concreto (estrutura poroso comunicante);
a total saturação do concreto é a condição ideal para esse fluxo. Em concreto não saturado, o fluxo pode ser limitada ao filme de água adsorvida na superfície das paredes de poros. O fluxo dessa corrente é intensificado pela presença de íons cloreto na solução aquosa e, ainda, pelo aumento de sua temperatura;
controla a corrente elétrica estabelecida entre a área catódica (redução do oxigênio) e área anódica (oxidação do metal) de corrosão;
RESISTIVIDADE ELÉTRICA
A condução da corrente iônica no concreto faz-se fundamentalmente pela estrutura porosa: capilares e
microfissuras na pasta de cimento e poros intrínsecos e incorporados: os agregados são praticamente isolantes
elétricos!Outros intervenientes são: composição química da fase
líquida e sua temperatura.
Anodo CatodoCatodoO2 + 2 H2O + 4e 4OH-
Fe++ + OH- Fe(OH)2....
Linhas de Corrente iônica
RESISTIVIDADE ELÉTRICA
em campo: avaliação do risco de corrosão, com identificação de regiões críticas para a degradação; avaliar sistema de tratamento;
Em laboratório: caracterizar a resistividade a penetração de cloretos de materiais cimentícios e em estudos.
Na prática, a medida é associada a outras técnicas de avaliação da estrutura, como a
medida do potencial eletroquímico estabelecido no sistema armadura/concreto.
RESISTIVIDADE ELÉTRICA
Em geral, admite-se que a corrosão da armadura é certa e deve apresentar taxa
elevada, quando a resistividade elétrica do concreto está baixa e a medida do
potencial indica a sua despassivação.
1 10 102 103 104 105 Resistência ôhmica ()
100
10
1
0,1
0,01
0,001
Taxa de corrosãoIcorr (A/cm3)
Quanto maior a resistividade elétrica do concreto menor será taxa de corrosão....
Técnica de 4 eletrodos:Uma corrente elétrica é aplicada entre os dois eletrodos externos, sendo medida a diferença de potencial estabelecida entre os dois eletrodos internos
Técnica de 2 eletrodos: medição da corrente e do potencial entre a armadura e um disco de 2 cm de diâmetro, posicionado sobre a superfície do concreto
Técnica de 2 eletrodos:Uma corrente elétrica é aplicada entre dois eletrodos introduzidos em furos no concreto
RESISTIVIDADE ELÉTRICA
a técnica de e 4 eletrodos é a mais usada, mas a de introdução dos 2 eletrodos em furos no concreto é bastante adequada para concreto carbonatado em que há aumento da resistividade elétrica da sua camada externa, o que introduz erros nas leituras;
no uso da técnica de 4 eletrodos, a carbonatação só não introduz erros significativos quando o valor de sua profundidade é, no máximo, 0,2 vezes o valor do espaçamento entre eletrodos;
RESISTIVIDADE ELÉTRICA
a umidificação prévia da superfície de concreto carbonatado deve ser evitada, pois resulta no aumento do valor da ordem de 2 a 10 vezes da resistividade. Em qualquer condição, o ideal é somente umidificar a área de contato dos eletrodos com o concreto;
o posicionamento dos eletrodos sobre ou muito próximos da armadura e também das quinas também pode introduzir erros significativos.
RESISTIVIDADE ELÉTRICA
Critérios de avalição da resistividade elétrica do concreto
Valores de resistividade elétrica do concreto (kΩ.cm)
Risco de corrosãoGONZÁLEZ
et al. (2004)
Smith et al.
[2004]
Morris et al. [2002]
Polder [2001], COX et al.
[1997], Broomfiled et al. 1993 apud
Broomfield [1997]
FELIÚ et al.
[1996]
Browne; Geohegan
apud CEB 192 [1989]; Browne [1982]
Langford e Broomfiled 1987 apud Broomfield
[1997]
<20 < 8 < 10 _ < 10 < 5 < 5Muito alto
(taxa severa)
20 a 50 8 a 12
10 a 300
< 10
10 a 100
5 a 10 5 a 10 Alto
10 a 50 _ 10 a 20 Moderado
50 a 100 > 12 >
300 50 a 100 10 a 20 > 20 Baixo
Potencial espontaneamente adquirido pelo aço-carbono, aço-carbono zincado, aço inoxidável etc
(eletrodo) embutido no concreto.
POTENCIAL DE CORROSÃO
Indica o estado ativo ou passivo da armadura, localizando as áreas críticas para a corrosão;
as informações são qualitativas e por isso devem ser utilizadas como complemento de outros ensaios;
Não dá informações de quanto corroeu ou qual é a taxa de corrosão;
as medidas podem ser tomadas isoladamente ou em forma sistemática p/ obter um "mapa de potenciais" do elemento em análise;
o mapa permite identificar as zonas possivelmente corroídas e passivadas (não corroídas).
POTENCIAL DE CORROSÃO
A medida é a determinação da ddp elétrico (mV) entre as armaduras e um eletrodo de referência que se coloca em contato com a superfície do concreto..
Potencial de Eletrodo
Metal Eletrólito
Diferença de potencial devido à distribuição de
cargas
Dupla Camada Elétrica
diferença de potencial elétrico que surge na interfase metal/eletrólito
Fasesólida
Fase líquida
Voltímetro (elevada
resistência interna)
Potencial de Eletrodo armadura em contato com a fase aquosa do concreto
(água de poros)
Esta é a medida de interesse!
Esta é a queda ôhmica. Em soluções aquosas pode não ser tão problemática, nas, no concreto de alta resistividade introduz erros!
Eletrodos de Referência (padrão)
Eletrodo padrão de hidrogênio (EPH)2H+
(aq) + 2e H2 (g) Eo = 0,000 V
Conversão de escalas – Ag/AgCl (sat, KCl) em relação ao EPH
EPH Ag/AgCl
0 V
0,222 V 0 V
-0,222 V
Fio de Ag
Recobrimento de AgCl
Solução de KCl
Membrana porosa
Conversão de escalas – Cu/CuSO4 (sat, pH ~2,5) em relação ao EPH
EPH Cu/CuSO4
0 V
0,316 V 0 V
-0,316 V
Eletrodos de referência também
podem ser embutidos no concreto!
MnO2
Ag/AgCl
Ag/AgCl
Cu/CuSO4
A medida tem de ser feita com o concreto umedecido!O valor medido é sempre um potencial misto entre do da área ativa (Anodo) e do da área passiva (Catodo)!
Corrente iônica
Anodo
OH-
CatodoCatodo
OH-
OH-OH-
OH-OH-
O2 + 2 H2O + 4e 4OH-
Fe Fe2+ + 2e Fe2+ + OH- Fe(OH)2
OH-OH-
O2 + 2 H2O + 4e 4OH-
2e
Fe2+
2e
quanto maior a espessura do concreto de cobrimento, menos significativas são os valores de potencial obtidos (queda ôhmica);
Outras barreiras à obtenção de leituras representativas são: distância do posicionamento do eletrodo em relação ao local ativo (Anodo), presença de vazios e ou de agregados graúdos expostos na superfície do concreto e a sua carbonatação!
Devido a variedade de interferências na medida, sem sempre a definição do estado ativo de
corrosão ou passivo pode ser baseado em valores absolutos e os fixados na norma (ASTM 876: 2009)
FAZER O MAPEAMENTO!
Potencial de corrosão Risco de ocorrência da corrosão na armaduramVEPH mVECS VECSC
Ecorr>300 Ecorr>59 Valores positivos
Falta de umidificação ou a resistência é muito alta. Desprezar tais valores
300>Ecorr>100
59>Ecorr>-141 0>Ecorr>-200 90% de probabilidade de não estar ocorrendo corrosão
100>Ecorr>50 -141>Ecorr>-291
-200>Ecorr>-350 A ocorrência de corrosão é incerta
50>Ecorr -291>Ecorr -350>Ecorr
90% de probabilidade de estar ocorrendo corrosão na armadura
Mapeamento do potencial de
corrosão
ç
BetoScan
Potential/gradient mapping
Osscar
Most sensor
BAM
técnica eletroquímica que permite a determinação da taxa de corrosão instantânea das armaduras de aço;
os cálculos automáticos das taxas de corrosão são desenvolvidas assumindo-se algumas hipóteses que nem sempre são verdadeiras nos sistemas metal/concreto.
TAXA DE CORROSÃO
Não devem usadas para cálculo de vida útil. Se for o caso, medidas regulares devem ser feitas em diferentes parte e condições de exposição, ao longo dos anos.
Taxa (Icorr) = B/RpB =26 mVRp = ΔE/ΔI
Rp representa a inércia do sistema em desenvolver processo eletroquímico de corrosão.Aço passivado apresenta Rp muito maior que aço sofrendo corrosão.
RpB
)bb(303,2b.b
Rp1i
ca
cacorr
Grau de corrosão da armadura de aço
A/cm2m/ano
Desprezível 0,1 a 0,2 1,1 a 2,2
Início da corrosão ativa > 0,2 > 2,2
Ataque importante mais não severa ~ 1,0 ~11,0
Ataque muito severo 10,0 110,0
consiste em aspergir sobre a superfície de concreto recém-fraturado uma solução contendo indicador de pH:• regiões que assumem coloração
vermelho carmim correspondem às regiões não-carbonatadas;
• regiões que não mudam de cor, são as carbonatadas.
CARBONATAÇÃO
DIN EN 14630: Determination of carbonation depth in hardened concrete by the phenolphthalein methodDIN EN 13295: Determination of resistance to carbonation
o indicador mais utilizado é a fenolftaleína. A literatura indica que essa solução fica incolor em pH inferior a 8,3. Para valores de pH superiores a 9,5 torna-se vermelho-carmim. Entre 8,3 e 9,5 fica com coloração variável de rosa a vermelho-carmim.
Determinação do perfil de CO2 NBR-NM 20:2004 - Análise Química e IPT -Determinação de
dióxido de carbono por gasometria
0
5
10
15
20
0 10 20 30 40 50
CO2/
cimen
to (%
)
Profundidade (em mm)
EP 97 RN
L 43 FE
T 43 LB
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40 50
CO2/
cimen
to (%
)
Profundidade (em mm)
E 41 RN
L 41 FE
T41 LB
O ponto onde se estabiliza o teor de CO2 indica o final do avanço
da frente de carbonatação
furos em área definidas do concreto de cobrimento, sendo o material pulverulento coletado;
a coleta é feita para espessuras preestabelecidas, para possibilitar a determinação do perfil de cloretos e assim verificar se estavam presentes originalmente no cimento ou se foram provenientes do meio de exposição e a avaliar a sua difusão;
ÍONS CLORETO
Parâmetro muito usado para determinar a vida útil!
Coleta de amostras utilizando-se o coletor de pó acoplado em furadeira
Não há um valor limite único para o teor de íons cloreto no concreto armado.
• código ACI 318: 0,15 % de íons cloreto em relação à massa de cimento;
• EN 206-1: 0,40 %;• ACI 201: 0,20 %
Umidade relativa por volta de 85 %, e condição de secagem e molhagem são favorável à
despassivação: maior possibilidade de penetração do íons cloreto e
disponibilidade de oxigênio
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)
Profundidade (em mm)
T 41 IB
T41 IE
T 41 IC
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)
Profundidade (em mm)
T 41 LB
T 41 LE
T 41 LS
T 41 LI
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)
Profundidade (em mm)
E 41 RM
E 41 RN
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)
Profundidade (em mm)
L 41 FCI
L 41 FI
L 41 FE
Estaca Viga transversal (lateral)Viga longitudinal Viga transversal (inferior)
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,5
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)
Profundidade (em mm)
EP 97 RM
EP 97 RN
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,5
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)
Profundidade (em mm)
L 43 FCI
L 43 FI
L 43 FE
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,5
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)Profundidade (em mm)
T 43 IB
T 43 IE
T 43 IC
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,5
0 10 20 30 40 50
Cl so
lúve
l/cim
ento
(%
g/g
)
Profundidade (em mm)
T 43 LB
T 43 LE
T 43 LS
T 43 LI
Estaca Viga transversal (lateral)Viga longitudinal Viga transversal (inferior)
O ingresso é um processo de equilíbrio entre diferentes concentrações (da superfície para o interior da peça), e
ocorre geralmente por difusão, obedecendo à primeira Lei de Fick (fluxo unidirecional).
Possibilita que o risco de corrosão das armaduras seja estimado ao longo dos anos.
Sabendo-se o risco, medidas de prevenção da ocorrência da corrosão ou de seu controle
podem ser definidas corretamente!
Monitoramento
Manutenção preditiva - acompanha através de instrumentação o desempenho da estrutura
Manutenção corretiva - recupera determinado danoManutenção preventiva – mantém as condições adequadas para o atendimento ao desempenho esperado
Vantagens do uso de sensores• permite o melhor conhecimento dos mecanismos
de deterioração;• otimiza as intervenções de inspeção e de reparo
da estrutura;• avalia diferentes cenários, por exemplo, mudança
do sistema de tratamento superficial, troca de material ou interrupção da proteção catódica.
A maioria dos sensores disponíveis no mercado internacional fundamenta-se no monitoramento da variação da corrente galvânica entre barras de aço-carbono (anodo) e uma barra de metal mais nobre (catodo) embutidas no concreto.
Sensor galvânico tipo escadabarras de aço-carbono – ANODO: embutidas em diferentes profundidades do concreto de cobrimento da armadura
Barra de metal nobre - CATODOembutida próximo das barras de aço-carbono
Obras novas!
Terminal de medição, instalado na superfície do concreto
Barras de metal nobre - CATODO
Avaliação do risco de corrosão conforme ocorre a despassivação
gradativa das barras do aço-carbono (anodo)
CO2 Cl-O2
Superfície do concreto
Armadura
Anodo(barras de aço-carbono do sensor)
H2O
Catodo
Penetração de agentes agressivos no concreto de cobrimento da armadura
Con
cret
o de
cob
rimen
to d
a ar
mad
ura
Monitoramento do perfil de umidade do concreto de cobrimento da armadura
Sensor de umidade
Anéis de aço-inoxidável
Resistividade entre 2 aneis
adjacentes
Anéis de vedação
Avaliação do risco de corrosão pela variação do
Perfil de umidade
Perfil de umidade elevado, menor deve ser o ingresso de gases e maior deve ser o ingresso de íons cloreto no concreto
Perfil de umidade muito elevado ou baixo, menor deve ser a taxa de corrosão
Obras novas!
eletrodo de temperatura (embutido)
Monitoramento do risco de corrosão pela avaliação da taxa instantânea de corrosão da armadura
Guard-rings (p/ confinamento da corrente)
ConcretoContato elétrico
c/ armadura
Contra eletrodo - CEEletrodo de referência -
ER (Mn/MnO2)
Eletrodo de trabalho armadura
Sup
erfíc
ie d
o co
ncre
to
Sens
orTécnica de resistência de polarização - 3 eletrodos
terminal de aquisição e armazenamento dos dados
barra de aço inoxidável
Laboratório de Corrosão e ProteçãoFone: +55 (11) 3767-4044 http://www.ipt.br/centros_tecnologicos/CTMMhttp://lattes.cnpq.br/7121918010413028
Obrigada!
“A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho original.” Albert Einstein
