Cap26 - Corrosão das armaduras das estruturas de concreto

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Corrosão das armaduras das estruturas de 
concreto
Enio José Pazini Figueiredo - UFG
Gibson Rocha Meira - IFPB
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
P i ã d d tPassivação da armadura no concreto
• A película passivadora protetora do aço é gerada a
partir de uma rápida e extensa reação eletroquímica
que resulta na formação de uma fina camada de óxidos,
transparente e aderente ao aço.
• A ação de proteção exercida pela película passivadora
é garantida pela alta alcalinidade do concreto e um
adequado potencial eletroquímicoadequado potencial eletroquímico.
• Esta condição pode ser melhor observada no diagrama
de equilíbrio termodinâmico proposto por Pourbaixde equilíbrio termodinâmico proposto por Pourbaix.
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
Modelo para formatação de Quadros e 
FiFiguras
•Figura 1 Diagrama de equilíbrio termodinâmico potencial versus pH para o sistema Fe H O a 25C
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
•Figura 1 - Diagrama de equilíbrio termodinâmico, potencial versus pH, para o sistema Fe – H2O a 25C 
•Fonte: Pourbaix, 1974.
Mecanismos de perda da estabilidade da 
lí l i dpelícula passivadora
 Carbonatação do concreto, que reduz seu pH a níveis
insuficientes para manter o estado passivo das
darmaduras;
 Presença do agente despassivador íon cloreto em
tid d fi i t l li d tquantidade suficiente para romper localizadamente a
camada passivadora;
 C bi ã d d i f t t i t it d Combinação dos dois fatores anteriormente citados.
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
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Mecanismos eletroquímicos da corrosão e 
di õ d l i tcondições para o seu desenvolvimento 
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
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•Figura 2 – Representação de uma pilha de corrosão em um mesmo metal – Fonte: Figueiredo e Meira, 2011.
Si t t l i ti d ãSintomatologia e tipos de corrosão
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
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•Figura 3 - Tipos de corrosão – Fonte: Feliu, 1984.
Si t t l i ti d ãSintomatologia e tipos de corrosão
(a) •(b)
•Figura 4 – Aparência superficial da corrosão generalizada desencadeada pela carbonatação do concreto (a)
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
Figura 4 Aparência superficial da corrosão generalizada desencadeada pela carbonatação do concreto (a)
e da corrosão puntiforme desencadeada pela ação dos íons cloreto (b) – Fonte: Figueiredo e Meira, 2011.
A f d ã d d l d T tti
•
As fases da corrosão segundo o modelo de Tuutti
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
•Figura 5 - Modelo de Tuutti para a corrosão de armaduras – modelo ajustado – Fonte: Figueiredo e Meira, 2011.
Iniciação da corrosão da armadura pela 
b t ã d t
•
carbonatação do concreto
Com a penetração das moléculas 
de dióxido de carbono no concreto, 
ocorrem reações que fazemocorrem reações que fazem 
decrescer a alcalinidade na solução 
dos poros, conduzindo o pH para 
níveis próximos de 8. 
•Carbonatação
p
Com esta redução, há um 
comprometimento da estabilidadecomprometimento da estabilidade 
da película passivadora, uma vez 
que o metal sai da zona de 
passivação e entra na zona depassivação e entra na zona de 
corrosão.
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Figura 6 – Efeito da carbonatação no comportamento da armadura em relação à corrosão, tendo como 
referência o diagrama de Poubaix – Fonte: Adaptado de Poubaix, 1987.
Iniciação da corrosão da armadura pela 
b t ã d t
•
carbonatação do concreto
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•Figura 7 – Representação esquemática do processo de carbonatação – Fonte: CEB, 1984.
Iniciação da corrosão da armadura pela ação 
d í l t
•
dos íons cloreto
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•Editor: Geraldo C. Isaia
•Figura 8 - Formação do pite de corrosão pela ação dos cloretos – Fonte: Treadaway, 1988.
Iniciação da corrosão da armadura pela ação 
d í l t
•
dos íons cloreto
•Figura 9 - Diagrama de equilíbrio termodinâmico para o sistema Fe-H O a 25 oC na presença de solução com
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
•Figura 9 - Diagrama de equilíbrio termodinâmico para o sistema Fe-H2O, a 25 oC, na presença de solução com 
íons cloreto a 355 ppm – Fonte Pourbaix, 1987.
Li it íti d l t
•
Limite crítico de cloretos
 A chegada de cloretos nas proximidades da armadura por si só não A chegada de cloretos nas proximidades da armadura, por si só, não 
representa o início do processo de corrosão. É necessário que estejam 
em quantidade suficiente para desencadear o processo corrosivo. Essa 
tid d é h id li it íti d l tquantidade é conhecida como limite crítico de cloretos.
Quadro 1 – Fatores que influenciam o limite crítico de cloretos, em % em relação à massa de aglomerante –
Fonte: Glass e Buenfeld, 1997.
Interface com o aço
Fatores relacionados com o concreto
Fatores externos
Materiais cimentantes Barreira representada 
pelo concreto
Vazios / falhas Quantidade de C3A Cura Quantidade de umidade
Oxidação prévia pH Relação água / cimento Variações de umidade
Cinza volante Espessura do cobrimento Concentração de oxigênio
Escória Fonte de íons cloreto
Sílica ativa
Teor de aglomerante
Tipo de cátion que acompanha o 
íon cloreto
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Teor de aglomerante
Temperatura
Limite crítico de cloretos
•
(fatores que influenciam)
 Interface aço-concreto ç
• possibilidade de acúmulo pontual de cloretos em um local 
específico
f lh f ã d lí l i d• falhas na formação da película passivadora. 
 Fatores relacionados ao concreto
• potencial alcalino da matrizpotencial alcalino da matriz
• capacidade de fixação de cloretos à microestrutura do concreto
• estabilidade das condições no entorno da armadura
 As variáveis relacionadas a fatores externos
• tipo de cloreto envolvido (tipo de cátion associado) 
f d t ã t• forma de penetração no concreto
• presença de oxigênio
• condições de umidade e temperatura
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condições de umidade e temperatura
Li it íti d l t
•
Limite crítico de cloretos
 Formas de representar
• [Cl]/[OH][Cl]/[OH]
• % cloretos livres (em relação à massa de cimento)
• % cloretos totais (em relação à massa de cimento)
 Valores usuais (cloretos totais)
0 4% ( i t ) t d• 0,4% (massa cimento) – concreto armado
• 0,2% (massa cimento) – concreto protendido
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•Editor: Geraldo C. Isaia
Fatores que influenciam a iniciação da corrosão
•
q ç
(Concentração do agente agressivo no ambiente)
•
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Figura 10 – Influência da concentração de CO2 no ambiente sobre o coeficiente de carbonatação 
– Fonte: Possan, 2004.
Fatores que influenciam a iniciação da corrosão
•
q ç
(Concentração do agente agressivo no ambiente)
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•Figura 11 – Influência da presença de cloretos no ambiente sobre a concentração média de cloretos no interior 
do concreto ao longo do tempo – Fonte: Meira et al., 2007.
Fatores que influenciam a iniciação da corrosão
•
q ç
(Características da matriz de concreto)
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•Editor: Geraldo C. Isaia
•Figura 12 – Influência da relação água/cimento na penetração de cloretos no concreto – Fonte: Jaegermann, 1990.
Fatores que influenciam a iniciação da corrosão
•
q ç
(Características da matriz de concreto)
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•Editor:Geraldo C. Isaia
•Figura 13 – Influência do tipo de cimento na carbonatação natural do concreto – Fonte: Vieira, et al., 2010.
Fatores que influenciam a iniciação da corrosão
•
q ç
(Características da matriz de concreto)
•Quadro 2 Acréscimo de tempo para iniciar a corrosão em função do teor de C A•Quadro 2 - Acréscimo de tempo para iniciar a corrosão em função do teor de C3A –
•Fonte: Rasheeduzzafar et al.,1990. 
Teor de C3A % de cloretos livres
Acréscimo de tempo para 
iniciar a corrosão
2 % 86 % R f ê i2 % 86 % Referência
9 % 58 % 1,75 vezes
11 % 51 % 1 9311 % 51 % 1,93 vezes
14 % 33 % 2,45 vezes
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•Editor: Geraldo C. Isaia
Fatores que influenciam a iniciação da corrosão
•
q ç
(Condições de interação ambiente - estrutura)
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•Figura 14 – Relação entre umidade relativa ambiental e grau de carbonatação – Fonte: Venuat e Alexandre, 1969.
Fatores que influenciam a iniciação da corrosão
•
q ç
(Condições de interação ambiente - estrutura)
Fi 15 R l ã t d i ã fi d l t t t d t 5 1
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•Figura 15 – Relação entre zona de exposição e perfis de cloretos para concretos expostos durante 5,1 anos –
•Fonte: Sandberg et al.,1998. 
P ã d ã
•
Propagação da corrosão
Fi 16 Di d E d i fl ê i d d l ódi ódi i
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•Editor: Geraldo C. Isaia
•Figura 16 - Diagramas de Evans mostrando a influência dos processos de controle catódico, anódico, misto e 
por resistência sobre a intensidade de corrosão – Fonte: Figueiredo, 1994.
P ã d ã
•
Propagação da corrosão
Efeito da umidade, resistividade e acesso de oxigênio, g
O concreto seco possui uma alta resistividade. Nessas condições, o 
concreto não permite a mobilidade dos íons.
À medida que a unidade interna do concreto aumenta, a resistência 
ôhmica vai diminuindo e o processo de corrosão pode se desenvolver, ô ca a d u do e o p ocesso de co osão pode se dese o e ,
caso a armadura esteja despassivada.
Quando os poros do concreto estão saturados de água a resistividade éQuando os poros do concreto estão saturados de água, a resistividade é 
a menor possível, porém o oxigênio encontra maior dificuldade para chegar 
até a armadura. Nessa situação, o processo de corrosão está controlado 
pelo acesso de oxigênio ou seja controlado catodicamentepelo acesso de oxigênio, ou seja controlado catodicamente.
As velocidades de corrosão máximas se dão em concretos com teores 
d id d lt é t
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de umidade altos, porém sem saturar os poros. 
P ã d ã
•
Propagação da corrosão
Efeito da temperatura
O aumento da temperatura estimula a mobilidade das moléculas, 
favorecendo seu transporte através da microestrutura do concreto .
Raphael e Shalon (1971) mostram que a corrosão aumenta duas vezes a 
cada aumento de 20C.
Tuutti (1982) examinou os efeitos da temperatura a -20C e os resultados 
sugerem que a velocidade de corrosão é reduzida 10 vezes a cada 
redução de temperatura de 20ºC abaixo de 0C.
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P ã d ã
•
Propagação da corrosão
Formação de macrocélulas de corrosão
Por diferença de concentração de sais (íons cloreto).Por diferença de concentração de sais (íons cloreto).
Por diferença de pH.
Pela presença de fissuras.
Por aeração diferencial.
Pela formação de pilhas galvânicas.
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Corrosão da armadura versus vida útil da 
t t
•
estrutura
o
 
e
s
e
m
p
e
n
h
o
fi
manchas 
mínimo de 
pro jeto 
despassivação 
d
e
destacamentos
fissuras mínimo de 
serviço 
V ida útil de pro jeto 
mínimo de 
ruptura perda de aderência 
redução de secção 
tempo
Vida útil última ou to tal 
V ida útil de serviço 2 
V ida útil de serviço 1 
tempo
Vida útil residual 
V ida útil residual 
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•Figura 17 - Vida útil de estruturas de concreto tomando-se por referência o fenômeno da corrosão de armaduras 
– Fonte: Helene, 1993. 
E t té i di ó ti d ã
•
Estratégia para diagnóstico da corrosão
•Figura 18 – Fluxograma de atuação em 
casos de aparecimento de corrosão de 
armaduras – Fonte: Lichtenstein, 1985.
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Mét d t ã t ã
•
Métodos para proteção contra a corrosão
Proteção por barreira.
Repassivação.
Proteção catódica.
Proteção por inibição.
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
Mét d t ã t ã
•
Métodos para proteção contra a corrosão
•Figura 19 – Técnicas e materiais usados para proteção das armaduras contra a corrosão –
•Livro Concreto: Ciência e Tecnologia
•Editor: Geraldo C. Isaia
•Figura 19 – Técnicas e materiais usados para proteção das armaduras contra a corrosão –
•Fonte: Figueiredo e Meira, 2011.