Patologias Das Estruturas de Concreto Armado módulo 2

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Materiais de Construção Civil
Patologias Das Estruturas de Concreto Armado		Módulo 2
Identificar causas, efeitos e soluções da corrosão das armaduras
INTRODUÇÃO
CORROSÃO NO CONCRETO ARMADO
As diversas possibilidades de corrosão no concreto armado provocam sua deterioração, afetando sua estabilidade e durabilidade. A armadura não foi executada para sofrer corrosão, a menos que aconteça uma contaminação do aço como consequência da deterioração do concreto.
O concreto possui substâncias que envolvem a armadura e inibem a corrosão do aço, protegendo-o de agentes contaminantes. Dessa forma, quanto mais o concreto se mantiver inalterado, mais a armadura estará protegida.
O processo de corrosão costuma ser lento, mas existem casos em que a corrosão da armadura ocorre de forma rápida e progressiva.
O Brasil tem um clima de predominância tropical, sendo quente e úmido. Por conta disso, possui muitas edificações em áreas litorâneas e próximas de indústrias. Tais ambientes deixam as edificações passíveis de sofrer ataques de agentes corrosivos.
Salientamos que muitos problemas estruturais, que dão causa às corrosões, têm origem em falhas nos projetos e nas execuções das obras. Isso ocorre sobretudo nos problemas relativos à durabilidade estrutural ― tema que veremos adiante.
Os processos corrosivos que deterioram o concreto ― ação química agindo sobre o volume do concreto e ação eletroquímica atacando as armaduras ― propiciam o aparecimento de anomalias. Com isso, são necessários procedimentos adequados para corrigir o problema e reparar os danos causados. Tudo isso gera custos sobressalentes consideráveis.
FUNDAMENTOS DA CORROSÃO DAS ARMADURAS DE AÇO
Os processos de corrosão, de modo geral, podem-se apresentar de diversas maneiras. Os tipos mais frequentes são classificados de acordo com a extensão da área atingida e se dividem em quatro grupos principais:
1. Generalizada uniforme;
2. Generalizada irregular;
3. Localizada puntiforme;
4. Localizada a partir de fissuras.
A corrosão das armaduras seria sua transformação em ferrugem. Essa ferrugem causa um aumento no volume, podendo chegar a 600%, a depender do estado da oxidação. A consequência dessa expansão é a fissuração do concreto armado, como vemos na Figura ao lado. Podemos afirmar, no entanto, que não haverá corrosão na armadura de uma estrutura de concreto se o concreto que a protege não sofrer deteriorações.
A corrosão é, atualmente, uma das principais causas de manifestações patológicas em estruturas de concreto armado. O aumento de casos com esse fenômeno, os altos custos para a recuperação da estrutura e o risco do comprometimento da estabilidade fizeram surgir pesquisas tecnológicas na área.
Tais pesquisas chegaram a resultados promissores em direção à diminuição do problema. Nesse sentido, a utilização de produtos anticorrosivos previne o aparecimento de danos e aumenta a vida útil das estruturas.
As substâncias que constituem o concreto impedem a corrosão da armadura e criam uma barreira à entrada de agentes contaminantes. Desse modo, quanto mais o concreto se mantiver intacto, mais protegida estará o aço.
Podemos dizer que, na maioria dos casos, a ferragem se mantém resistente aos agentes corrosivos por longo período, podendo ser praticamente indefinido.
A corrosão da armadura pode acontecer, em algumas situações, de maneira bastante rápida e progressiva. Como exemplo, podemos citar as estruturas situadas na orla marinha, que sofrem com a penetração da maresia no interior do concreto, chegando a atingir sua armadura.
O principal efeito da corrosão sobre o aço é a diminuição da seção de armadura (figura ao lado), seguida de fissuração do concreto na direção paralela à armadura. As causas são variadas, entre elas, destacamos: a má propriedade do concreto em recobrir a armadura e a presença de cloretos.
Nesse panorama, definimos corrosão estrutural como a interação destrutiva de um concreto armado com o ambiente, seja por reação química ou eletroquímica.
Alguns condicionantes são necessários para que haja a corrosão:
· Presença de água (um eletrólito);
· Uma diferença de potencial (por concentração salina, por diferença de umidade etc.);
· Presença de oxigênio e agentes agressivos (cloretos).
Esses produtos agressivos podem atuar como estimulantes que aceleram o processo de corrosão.
CORROSÃO ELETROQUÍMICA
Entre as classificações do processo de deterioração segundo sua natureza, temos a corrosão química, que já vimos no módulo 1, e a corrosão eletroquímica.
A corrosão eletroquímica ― ou aquosa ― deve ser estudada a fundo, uma vez que é esse processo que, efetivamente, traz sérios problemas às obras. Trata-se de um ataque de natureza eletroquímica em meio impregnado de água.
ATAQUE POR CLORETOS
Os cloretos são os principais causadores de corrosão das armaduras do concreto armado. Primeiramente, examinemos alguns princípios teóricos a fim de auxiliar o entendimento dos princípios da corrosão.
No processo de fabricação das barras de aço, acontece a formação de uma película compacta, uniforme e pouco permeável sobre sua superfície. Essa película pode servir como uma pequena proteção contra a corrosão de natureza eletroquímica. No entanto, a proteção do aço ocorre, fundamentalmente, pela presença de outra fina película protetora, chamada de camada passivadora.
Camada passivadora
A camada passivadora envolve totalmente a armadura, tornando-se uma proteção química para o aço. Trata-se de uma película muito fina, muito aderente ao aço e criada pouco depois do início da hidratação do cimento.
A camada passivadora pode ser decorrente da ligação da ferrugem superficial (Fe(OH)3) mais o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), formando o ferrato de cálcio (CaO.Fe2O3).
A formação dessa película protetora é chamada de passivação e é a grande responsável pela resistência à corrosão.
Despassivação
Para que haja corrosão, é necessário que a camada passivadora que protege o aço seja destruída. Esse fenômeno é denominado despassivação e propicia o aparecimento da corrosão.
Os íons cloretos (Cl-) são os agentes mais danosos à corrosão de armaduras, uma vez que são capazes de despassivar o aço. Com isso, dá-se início ao processo corrosivo. Em outras palavras, os íons destroem a película passivante do aço e, na presença de água e oxigênio, possibilitam o aparecimento da corrosão.
Os íons cloretos (Cl-) são introduzidos no concreto de formas distintas:
· Pelo uso de aditivos aceleradores de pega;
· Na forma de impurezas dos agregados (areia e brita) e da água de amassamento;
· Pela ação da maresia (atmosfera marinha);
· Por ação da água do mar em estruturas off shore;
· Nos processos industriais, na etapa de branqueamento de papel e celulose, por exemplo;
· Na limpeza do concreto com ácido muriático.
Regiões litorâneas
Devemos ter preocupação constante com o ataque corrosivo, principalmente na orla das regiões litorâneas. A proximidade do mar faz com que a atmosfera (maresia) contenha íons cloretos.
As gotículas de água do mar, encerradas de sais dissolvidos, são arrastadas pelo vento quando em suspensão na atmosfera. Como consequência, ficam impregnadas nas estruturas. Nessas condições, os íons cloreto ingressam no concreto por absorção capilar da água, na qual se encontram dissolvidos.
CLASSIFICAÇÃO MORFOLÓGICA DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA
A corrosão eletroquímica do aço pode ser classificada, segundo sua morfologia, em três tipos mais comuns: corrosão generalizada, corrosão puntiforme e corrosão sob tensão com tendência à fratura.
CORROSÃO   GENERALIZADA  
Ocorre em toda a extensão das armaduras, de maneira generalizada, quando expostas ao meio corrosivo. Pode ser uniforme, com superfície lisa e regular, ou não uniforme, com superfície rugosa e irregular.
CORROSÃO PUNTIFORME
É uma corrosão localizada, que apresenta desgaste localizado sob a forma de pequenas cavidades ― pites ou alvéolos. Essas cavidades evoluem e se aprofundam, podendo causar a ruptura do metal. Na maioria dos casos, a corrosão puntiforme ocorre na forma de afundamentos rasos ao longo das barrasde aço.
CORROSÃO SOB TENSÃO   COM TENDÊNCIA   À FRATURA  
Trata-se de uma tensão localizada, que ocorre simultaneamente à tensão de tração na armadura. Pode dar origem à irradiação de fissuras na armadura. Essa corrosão ocorre, principalmente, nas estruturas protendidas, mas também pode acontecer em estruturas de concreto armado.
Existe uma propensão maior ao aparecimento desse tipo de corrosão em ambientes com muita presença de cloretos e com altos valores de tensão. No entanto, os mecanismos que propiciam a corrosão sob tensão são pouco conhecidos cientificamente.
Os efeitos da corrosão sob tensão são perigosos, uma vez que causam rupturas bruscas sem deformações de elementos estruturais que sinalizem a presença de danos e sem sintomas visuais de corrosão.
Outras formas de corrosão
Existem outras formas de corrosão que são mais complexas. Como essas formas de corrosão carecem de pesquisas mais aprofundadas, não serão objeto de estudo neste tema.
Podemos citar, como exemplo, duas outras formas de corrossão:
Corrosão intergranular - No tipo intergranular, a corrosão se processa entre os grãos da rede cristalina do aço.
Corrosão transgranular - Na transgranular, o processo ocorre nos intragrãos dessa rede.
Também podemos observar a fragilização do material metálico decorrente da ação do átomo de hidrogênio. Nesse caso, o hidrogênio se dispersa no interior do material metálico, causando vulnerabilidade e possível ruptura da armadura.
PROCESSO DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA DO AÇO
Início do processo
O aço presente no interior do concreto, em meio alcalino, está protegido da corrosão eletroquímica devido à formação de uma película protetora ― a camada passivadora. Por envolver totalmente a armadura, a camada passivadora se torna uma proteção química para o aço.
Portanto, não haverá corrosão eletroquímica enquanto a armadura estiver passivada. A película impede o acesso da água solúvel, do oxigênio e dos agentes agressivos à área envoltória do aço, além de dificultar a rompimento do aço.
Além da proteção química provocada pela passivação do aço, existe outra ocorrência física, no concreto, de proteção contra a corrosão. Trata-se da formação de hidróxido de cálcio ― Ca(OH)2 ― sobre a superfície da armadura, constituindo uma camada de proteção física adicional para o aço.
O início do processo de degradação do aço por corrosão ocorre pela desintegração progressiva da película de passivação causada pelo efeito da carbonatação e do ataque por cloretos. Nessa fase, a corrosão eletroquímica do aço ainda não teve início.
Propagação da corrosão eletroquímica
A armadura fica suscetível à corrosão eletroquímica uma vez que está despassivada, seja pela carbonatação, pela ação nociva dos cloretos ou, ainda, pela ação simultânea dos dois eventos. Sob ataque da carbonatação ou dos cloretos, inicia-se o processo de propagação da corrosão na armadura de aço do concreto.
Outros agentes agressivos cooperam para a aceleração desse processo. Além de reduzirem os níveis de alcalinidade do concreto, propiciam a despassivação metálica e colaboram para o aumento da condutividade elétrica do concreto.
Alguns dos principais agentes agressivos que contribuem para a corrosão são:
Outros compostos que também cooperam com a corrosão são o dióxido de carbono (CO2), os óxidos de enxofre (SO2 e SO3), o gás sulfídrico (H2S), a fuligem, entre muitas outras possibilidades.
Efeitos da corrosão e sintomas típicos aparentes nas estruturas de concreto armado
Os produtos decorrentes da corrosão eletroquímica do aço se acumulam na superfície das armaduras conforme o processo de corrosão avança. Esse acúmulo vai formando crostas ao redor das armaduras.
Os produtos gerados pela corrosão do aço, ao se expandirem e aumentarem de volume, podem chegar a ocupar espaços maiores do que o tamanho original do aço. Com isso, causam pressões internas de expansão muito grandes e fissuração. Por sua vez, as fissurações permitem ainda mais a entrada de agentes agressivos, em um processo sucessivo e contínuo.
A tensão expansiva exercida internamente pelos óxidos e hidróxidos de ferro ― produtos da corrosão ― é tão grande que, após a fissuração, ocorre a formação de lascas e destacamento da camada de cobrimento do concreto. Tudo isso contribui para deixar a armadura exposta.
A armadura de aço, no processo de corrosão, perde parte de sua seção devido à dissolução do ferro. O principal e perigoso efeito dessa dissolução é a perda da aderência aço/concreto, que reduz a capacidade estrutural. Esse processo causa o aparecimento de manchas de coloração marrom-alaranjada, típicas de ferrugem, conforme vemos na figura ao lado.
O aspecto visual mostra e as conclusões científicas demonstram que as fissuras causadas pela corrosão do aço aparecem na direção paralela à barra corroída. Essas fissuras são classificadas como fissuras ativas progressivas, pelo fato de terem fendas que se expandem no decorrer do processo corrosivo.
MEDIDAS PARA MINIMIZAR OS EFEITOS DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA DO AÇO
É possível tomar medidas preventivas para minimizar os efeitos da corrosão eletroquímica do aço. Veremos, a seguir, algumas dessas medidas preventivas:
ESPESSURA DE COBRIMENTO DO AÇO
Trata-se da proteção da armadura pelo recobrimento de concreto. Além de trabalhar como uma barreira contra os agentes agressivos ― oxigênio e umidade ―, o recobrimento garante alta alcalinidade, protegendo a armadura com a película passivadora.
O intervalo de tempo que a carbonatação e os íons cloretos levarão para atingir as armaduras será maior em proporção direta à espessura do recobrimento. Lembramos que o recobrimento deve ter espessura suficiente para garantir as agressividades do meio ambiente.
As recomendações da NBR 6118 da ABNT, relativamente à adoção das espessuras de cobrimento, devem ser seguidas à risca de acordo com as categorias de agressividade ambiental.
  QUALIDADE   DO   CONCRETO  
Certificar-se quanto à qualidade do concreto é fundamental. Quanto menor for sua porosidade e sua permeabilidade, maior será a dificuldade física e o tempo necessário para que o ataque dos cloretos ou a carbonatação atinjam as ferragens do concreto armado.
Outro fator cujo controle é indispensável é o da fissuração dos elementos estruturais. Nesse sentido, quanto maior for a quantidade de fissuras, maior será a possibilidade de penetração e a velocidade do ataque dos agentes agressivos.
TIPO DE CIMENTO E ADITIVOS
Concretos menos porosos e menos permeáveis são, geralmente, obtidos quando produzidos com cimentos que possuem adição de escória de alto-forno ou de material pozolânico. Esses materiais possuem pastas mais compactas e, portanto, tornam mais difícil a penetração de líquidos, gases e íons de cloreto.
Tais adições, no entanto, costumam piorar o comportamento dos concretos em relação à carbonatação (prejudicial à corrosão). Ainda assim, não há dúvida de que o emprego de cimentos com adições traz muito mais benefícios do que prejuízos ao concreto armado.
RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO
O concreto será mais compacto quanto menor for o fator água/cimento. Isso significa que o concreto será menos propicio à ocorrência de porosidade e menos permeável. Com essas características, a ação de agentes agressivos será dificultada e o concreto estará mais protegido contra a corrosão das armaduras.
TIPO DE AÇO
Os aços que comumente usamos são CA-25, CA-50 e CA-60. Nesse caso, constatamos que, quanto maior for seu teor de carbono, mais suscetível será à corrosão.
Pesquisas demonstraram que os aços CA-60 trefilados a frio também apresentam taxas maiores de corrosão quando comparados aos CA-50 laminados a quente.
O aço CA-50 laminado a quente, por sua vez, também apresentou taxas de corrosão maiores do que as do CA-25, também laminado a quente.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
Parte superior do formulário
1. Sobre a corrosão das armaduras de aço, podemos afirmar que:
a) Os processos de corrosão podem acontecer de diversas maneiras, e os tipos mais frequentes são classificados de acordo com a extensão da área atingida.b) Os processos de corrosão do aço podem ser de dois tipos: a) generalizado, sempre em formas irregulares, com presença de ferrugem e sem a presença de fissuras; b) localizado, sempre uniforme, sem presença de ferrugem e com a presença de fissuras.
c) Poucas são as ocasiões em que a corrosão da armadura causa manifestações patológicas em estruturas de concreto armado.
d) A corrosão da armadura causa manifestações patológicas em estruturas de concreto armado e, dificilmente, pode ser evitada com a utilização de produtos anticorrosivos.
e) A utilização de produtos anticorrosivos como medida preventiva de corrosão da armadura de aço apresenta um alto custo, além de não garantir a recuperação total da estrutura.
Parte superior do formulário
2. Assinale a alternativa correta a respeito da corrosão eletroquímica:
a) A fim de reduzir as corrosões, após endurecido e seco, o concreto deve apresentar uma película compacta, uniforme e pouco permeável sobre sua superfície.
b) A corrosão eletroquímica traz diminutos problemas às obras e ocorre apenas em obras em que o concreto não tem a permeabilidade adequada.
c) Nas barras de aço, ocorre a formação de uma película protetora definida como passivação. O intuito é garantir a permeabilidade e a porosidade da estrutura, embora não gere impacto na resistência à corrosão.
d) Ataques por cloretos são os principais causadores de corrosão das armaduras do concreto armado.
e) Os íons cloretos (Cl-) são os agentes mais danosos à corrosão de armaduras, entretanto, não são capazes de despassivar o aço.
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