Patologias e técnicas de recuperação em estruturas de concreto

Patologias nas estruturas de concreto armado
e técnicas de recuperação e proteção
Parte 1
Adriana de Araujo
Laboratório de Corrosão e Proteção
23/setembro/2015

CONTEÚDO
Parte 1
introdução (visão geral e normalizações);
corrosão do aço-carbono e manifestações
patológicas;
Parte 2
técnicas de avaliação da corrosão;
Parte 3
técnicas de recuperação e proteção.

Alguns tempo atrás se enfatizava muito a
importância da resistência mecânica do
concreto para a durabilidade das estruturas.
Depois, passou-se a considerar a interação da
estrutura com as condições de exposição e o
seu comportamento em uso ao longo dos anos
(desempenho)...
....isso levou ao desenvolvimento de muitos
modelos de vida útil e de estudos de
desempenho e de ciclos de vida útil e seus
custos, com ênfase aos custos relativos às
intervenções de manutenção em diferentes
períodos...

...as normalizações têm refletido as mudanças,
apresentando critérios e parâmetros relativos à
obtenção de um concreto durável....
Em consequência, foi crescente o interesse em
melhor descrever os processos de deterioraçãoos processos de deterioração
das estruturasdas estruturas e as medidas que podemmedidas que podem
aumentar a sua vida útil, como uso adiçõesaumentar a sua vida útil, como uso adições,,
técnicas de monitoramento de proteção contratécnicas de monitoramento de proteção contra
corrosãocorrosão etc...etc...
E, mais recentemente, das medidas que podemmedidas que podem
minimizar o impacto ambiental e visam àminimizar o impacto ambiental e visam à
sustentabilidade, como uso de resíduos.sustentabilidade, como uso de resíduos.

ABNT NBR 6118 (2014): Projeto de
estruturas de concreto
ABNT NBR 15575 (2013): Edificações
habitacionais - Desempenho
ABNT NBR 12655 (2015): Preparo, controle,
recebimento e aceitação
ABNT NBR 16230 (2013): Inspetor de
estruturas de concreto
ABNT NBR 9452 (consulta pública): Vistorias
de pontes e viadutos de concreto

ABNT NBR 5674 (2012): Manutenção de
edifícios
ABNT NBR 16280 (2014): Reforma de
edificações
ABNT NBR 14037 (2011): Diretrizes para
elaboração de manuais de uso, operação e
manutenção das edificações

VUP: período estimado de atendimento aos critérios de
desempenho, considerando requisitos das normas
aplicáveis, o estágio do conhecimento e supondo o
atendimento da periodicidade e correta execução de
manutenção
ABNT NBR 15575 (2013): Edificações habitacionais
Vida Útil de Projeto – VUP

Vida Útil de Projeto – VUP
Parte 1 – Anexo C (informativo)
ABNT NBR 15575 (2013): Edificações habitacionais -
Desempenho

ABNT NBR 6118 (2014): Item 6
ABNT NBR 12655 (2015): Tabela 1

Classes de
agressividade
Todas
III e IV
II
I
Teor máximo de íons
cloreto (Cl-
), % massa
de cimento
0,05
0,15
0,30
0,40
Condições em serviço da
estrutura
Concreto protendido
Concreto armado exposto a
cloretos
Concreto armado não
exposto a cloretos
Concreto armado exposto a
brandas condições de
exposição

ABNT NBR 6118 (2014): Tabela 7.1
CP: Componentes e elementos estruturais de concreto protendido
CA: Componentes e elementos estruturais de concreto armado

EN 206-1 (2014): Concreto – Parte 1: Especificação,
desempenho, produção e conformidade
XC
XS

http://www.apeb.pt/

http://www.ua.pt/decivil/
XC 4
XC 4
XC 4
XC 4
XC 4
XC 3
XC 1
XC 3

Em condições de exposição adversas devem ser
tomadas medidas especiais de proteção do tipo:
aplicação de revestimento hidrofugantes e
pinturas impermeabilizantes sobre as superfícies
do concreto;
revestimentos de argamassas, de cerâmicas ou
outros sobre a superfície do concreto;
galvanização da armadura;
proteção catódica da armadura e outros.
ABNT NBR 6118 (2014): Item 7
Restrição de normas nacionais....

De modo geral, admite-se que a proteção contra
corrosão nas estruturas pode ser garantida somente
com uma correta especificação (espessura de
cobrimento, fator água/cimento, consumo de
cimento e resistência do concreto), conforme
descrevem as normas para diferentes classes de
agressividade.
Mas será que na prática essas
medidas têm sido de fato
aplicadas/executadas
corretamente e são suficientes
para garantir a durabilidade?
Falando da corrosão...

O Brasil é um país tropical com uma vasta faixa
litorânea: muitas edificações estão sujeitas a
variações constantes de umidade e temperatura e
expostas aos íons cloretos...
Independente do ambiente de
exposição, a ausência de
manutenção preventiva implica
no aparecimento prematura de
patologias...

A presença de patologias eleva o ingresso de
agentes agressivos no concreto, acelerando a
deterioração da estrutura...o que implica em perda
da capacidade resistente dos elementos
estruturais, além de risco de segurança e
impedimento da utilização da edificação em
Uma manutenção corretiva inadequada
(especificação, execução e fiscalização) e alterações dos
requisitos estruturais previstos na fase de projeto
(aumento do espectro de cargas e maior agressividade
ambiental) e a ocorrência de acidentes, resultam
no agravamento do quadro patológico...

VAYBURD e EMMONS (2000): em ambiente
agressivo, um processo de degradação pode
ocorrer em um curto intervalo de tempo. Na
presença de cloretos, a estratégia é adotar
concreto de qualidade e adicionar proteção.
DHIR et al. (1991): a especificação do
concreto não é um guia da provável
durabilidade da estrutura. Somente as suas
características (fck, % C, a/c) não garantem
uma adequada durabilidade em ambiente
contaminado com cloreto.

Além disso.... na prática, não há garantia
da qualidade do concreto, pois uma série
de falhas podem ocorrer nas etapas de
projeto, execução, cura, transporte e
manutenção...implicando no não
atendimento à vida útil projetada...
Com isso, o custo global da construção é
elevado, bem como espera-se um
impacta ao meio ambiente e a segurança
do homem.

O período de iniciação da corrosão e a sua
taxa ao longo dos anos são essencialmente
dependentes das qualidade e propriedades
do concreto executado e da condições de
exposição e uso.
O avanço da corrosão afeta a segurança estrutural:
capacidade de carga, resistência à fadiga e
módulo de elasticidade
Deterioração da estrutura
A corrosão da armadura é um dos principais
processos de deterioração da estrutura

METHA,IBRACON2009
Material naturalmente heterogêneo que apresenta
certa porosidade que dá acesso a água, ao oxigênio
e a outros agentes potencialmente agressivos ao
mesmo e a armadura, resultando na deterioração
da estrutura.
Os mecanismos de transporte de
massa no concreto são:
permeabilidade sob pressãopermeabilidade sob pressão
(movimento sob gradiente demovimento sob gradiente de
pressãopressão), difusãodifusão (deslocamento pordeslocamento por
gradiente de concentração do íonsgradiente de concentração do íons),
absorção capilarabsorção capilar (movimento pormovimento por
sucção em poros abertos ao meiosucção em poros abertos ao meio
ambienteambiente) e migraçãomigração (deslocamentodeslocamento
dos íons por campo elétricodos íons por campo elétrico).
Concreto
O tamanho e a continuidade
dos poros controlam o
acesso de agentes.

• alterações na coloração do concreto: manchas
(eflorescência, corrosão da armadura) e presença
de fuligem e fungos;
• disgregação do concreto: fenômenos físicos
como impacto e forças interna de trações
localizadas;
• armadura corroída exposta associada à
disgregação do concreto de cobrimento: ingresso
Manifestações patológicas: apresentação física
do processo de deterioração
Deterioração da estrutura de concreto

• desagregação do concreto: ataque químico
(lixiviação);
• fissuração: retração por secagem, ações mecânicas,
variações térmicas, degradação química
(carbonatação, corrosão, álcali-agregado) etc;
• rupturas localizadas, flechas, torções e recalques:
ações mecânicas associado ou não a deficiência de
armadura ou acidentes que geram danos,
deslocamentos ou deformações excessivas dos
elementos;
• segregação e porosidade superficial: massa não
uniforme (vazios), devido à espaço reduzido entre
barras, concreto de alta/baixa trabalhabilidade,
deficiência na vibração etc

PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
ORIGENS:
- Falhas de projeto;
- Falhas de execução;
- Materiais inadequados;
- Uso impróprio;
- Má conservação;
- Ocorrências acidentais
(impactos, incendios, etc);
- Etc.
AGENTES:
- Sobrecarga e vibrações;
- Variações térmicas;
- Bactérias e fungos;
- Chuva e vento;
- Gases e névuas;
- Partículas agressivas;
- Etc.
SINTOMAS/ANOMALIAS:
- Manchas;
- Fissuras;
- Disgregação,
- Segregação;
- Desagregação;
- etc.
MANIFESTAÇÕES
PATOLÓGICAS:

FissuraçãoDesagregação/Desgaste
abrasão erosão cavitação
mudanças de volume
(retração e mov. higrotérmica),
cargas estruturais
(flexão, torção e cisalhamento)
Concreto
deterioração por processo físico - mecânico
AGENTES:
gases, líquidos e
partículas...
AGENTES:
variações térmicas e de umidade
Sobrecarga e vibrações

Desgaste é fenômeno de desagregação progressiva do
concreto, usualmente, provocada por ação de partículas em
suspensão em água em movimento (chuva ácida, lençol
freático, lixiviação), comum em drenos, canaletas etc.
Abrasão: refere-se a atrito seco;
Erosão: ações de colisão, escorregamento ou rolagem das partículas em fluido
em movimento, ar ou água.
Cavitação: erosão por impacto de bolhas de ar que implodem em fluido em
movimento (velocidade > 12 m/s).
Físico -
Desagregação/desgaste

Físico -
Fissuração
As fissuras podem ser estruturais e não estruturais. As
estruturais são devido à recalque, cisalhamento, flexão,
torção, tração etc. As não estruturais são devido a diversos
fatores, como variação da temperatura, má execução da
junta de concretagem, retração térmica e por secagem,
corrosão da armadura, impacto, revestimento etc

ACI 222.3R (2003): se a fissura ocorre sobre a armação ou em
paralelo, a corrosão será não somente acelerada mas
também significativa.
Físico -
Fissuração

 assentamento plástico ou movimentação/
deformação de fôrmas/solo: vibração e
exsudação do concreto;
 concretagem em plano inclinado;
 retração por secagem/hidráulica (contração
volumétrica pela saída de água);
 contração térmica inicial (calor de hidratação e
mudança das condições atmosféricas);
 falhas no acabamento superficial do concreto
etc.
Fissuração anteriormente ao endurecimento

 ação mecânica (impactos, cargas cíclicas,
desforma precoce, sobrecargas, recalque);
 origem térmica (gradientes de temperatura e
congelamento, fogo);
 pressão de cristalização de sais nos poros
(sulfato, carbonatação, lixiviação);
 retração por secagem (perda lenta da água de
amassamento);
 corrosão da armadura;
 reação álcali-agregado etc
Fissuração após endurecimento

Aço: Coeficiente de dilatação é semelhante mas não
igual ao do concreto, condutibilidade térmica do aço
é superior. Aço CA-50 e cabos de proteção perdem
significativa resistência acima de 700 C.◦
Incêndios resultam na evaporação da água dos
poros, criando tensões internas elevadas que
resultam em fissuração e lascamento.
(COSTA C.N., 2002)

AGENTES:
dióxido de carbono (CO2)
Líquidos (águas moles e ácidas)
Concreto
deterioração por processo físico - químico
Carbonatação/
Eflorescências
reações com
componentes da pasta
de cimento
Lixiviação
ação extrativa de
componentes da pasta
de cimento e dos agregados
Disgregação
reações envolvendo
formação de
produtos expansivos
diminuição
da resistência
perda da
integridade
aumento da
porosidade
Machas
esbranquiçadas
diminuição
da resistência
AGENTES:
sulfatos (SO4
2-
)
Reação álcali-agregados
redução
do pH

Redução do pH
Carbonatação
A carbonatação se refere ao fenômeno de diminuição da
alcalinidade do concreto. O dióxido de carbono (CO2)
atmosférico reage com compostos da pasta que
conferem pH elevado à água de poros (hidróxido de
cálcio/portlandita - Ca(OH)2, íons alcalinos - Na+
, K+
e OH-
e álcalis - K O e Na O.).

A lixiviação é o processo de dissolução e transporte para a
superfície do concreto de componentes da pasta de cimento
e, eventualmente de agregados finos, por ação de água de
infiltração. A lixiviação resulta na redução na resistência
mecânica do concreto e facilita a penetração de agentes
agressivos.
Redução do pH
Lixiviação/Eflorescência

Eflorescência
O contato dos compostos lixiviados com o CO2 atmosférico
gera eflorescência (mancha esbranquiçada) e umidade na
superfície do concreto:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
CaCO + H O + CO → Ca(H.CO )
Manchas esbranquiçadas e deManchas esbranquiçadas e de
corrosão – umedecimento docorrosão – umedecimento do
concretoconcreto
Depósitos de carbonato deDepósitos de carbonato de
cálcio (CaCOcálcio (CaCO33))
Estalactites deEstalactites de
CaCOCaCO33
Resultado de reações químicas,
devido à exposição a água de lenço
freático, solo, infiltrações ou
intempéries

Reação lenta, envolvendo constituintes mineralógicos
reativos do agregado e compostos alcalinos do cimento,
produzindo um gel que, na presença de água, exerce
pressões hidráulicas interna. Há casos em que o gel exsuda e
há geração de fissuras e trincas irregulares na superfície do
concreto. A reação pode resultar na redução na resistência
mecânica do concreto e facilitar a penetração de agentes
agressivos.
Pecchio;Kihara; Battagin; Andrade,
“IBRACON, 2006
Química – Expansão por reação álcali agregado

Reação álcali-sílica - envolve a presença de sílica amorfa ou certos tipos
de vidros naturais (vulcânicos) e artificiais.
Reação álcali-silicato - é da mesma natureza, porém o processo
ocorre mais lentamente, envolvendo, fundamentalmente, a presença
do quartzo e minerais expansivos.
Reação álcali-carbonato - envolve a presença de certos calcários
dolomiticos e causa intensa fissuração do concreto. Não há formação
de gel.

Sulfatos
(SO4
2-
)
+
Ca(OH)2 /
Aluminatos
de cálcio
Expansã
o
SulfatosQuímica – Expansão por sulfatos

O aumento do volume da massa, resulta na
perda de coesão na pasta e perda de
aderência pasta/agregado e, possível,
fissuração irregular do concreto.
As fissuras facilitam a penetração de mais
substâncias agressivas, acentuando a deterioração.
perda deperda de
aderênciaaderência

Prof. Dr. Valdecir Angelo Quarcioni
Química – Expansão por sulfatos
Água do mar

Química – sulfatos (ácido sulfúrico)
Tubulação com compostos orgânicos
etringita
gipsita
www.steelconstruction.info
Gás Sulfídrico
ácido
sulfúrico

DIPAYAN JANA AND RICHARD A.
LEWIS,
27TH INTERNATIONAL
CONFERENCE ON CEMENT
MICROSCOPY
H2S
Decomposição
anaeróbica de sulfato
(SO4
2-
) e outros
compostos
orgânicos de enxofre
(S)
2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2
2SO2 + O2 + 2H2O
→ 2H2SO4
2CH2O + SO4
2–
→ H2S ↑ + 2 HCO3
–
BRSMatéria
orgânic
a
dióxido de enxofre
ácido sulfúrico
gás sulfídrico
Disgregação do concreto - sulfato

Prof. Dr. Valdecir Angelo Quarcioni

Alterações das características do concreto de
cobrimento e/ou sua contaminação
Disgregação:
fissuração e
desplacamento
Mancha de oxidação:
lixiviação dos
produtos de corrosão
Exposição da
armadura (perda
da seção e
da aderência)
AGENTES DESPASSIVANTES
DA ARMADURA:
CO2
(frente de carbonatação)
íons cloreto (Cl-
)
Armadura
corrosão
dissolução do filme
protetor
Quebra localizada do
filme protetor

Ânodo CátodoElétrons: 2e-
Condutividade
elétrica do
concreto
Fe2+
+ 2OH-
→ Fe(OH)2 → Fe3O4
Fe(OH)2 + ½O + H2O→ Fe(OH)3
Fe(OH)3 → Fe2O3 .n(H2O)
Superfície do
concreto
Fe2+
H2O + ½ O2 + 2e → 2OH-O2
H2O
O2
H2O
2OH-
CO2
O2
OH-
CO2
CO2
H2O
OH-
onde o metal se oxida:
formação de íons metálico
onde os elétrons liberados no anodo
reagem com o oxigênio e a água
Condução elétrica: caminho que permite a passagem de elétrons
entre o anodo e o catodo; Condução iônica: caminho que permite a
passagem de íons, mantendo o balanço iônico da célula de corrosão.
...sempre existe uma diferença de potencial....

Fe → Fe++
+ 2e (reação de oxidação, anódica ou reação
de corrosão propriamente dita)
2 H+
+ 2e → H2 (reação de redução ou catódica. O H+
é proveniente da dissociação da água)
O2 + 2 H2O + 4e → 4OH-
(reação de redução ou catódica.
O2 é o oxigênio do ar
dissolvido na água)
Em temperaturas ambiente, o aço apenas corrói na
presença de água, sendo responsáveis por esta
corrosão as seguintes reações:
Em meios neutros ou alcalinos, predomina a reação de
redução do gás oxigênio dissolvido na água. Para
valores de pH muito elevados (concreto íntegro) ocorre
apenas a reação de redução do gás oxigênio.

Diferençadepotencialecorrente
eletrônica
Correnteiônica
(eletrosferadosíons)
Fe → Fe2+
+ 2e
O2 + 2H2O + 4e→ 4OH-
Fe2+
+ 2OH-
→ Fe(OH)2 → Fe3O4
Fe(OH)2 + ½O + H2O→ Fe(OH)3
Fe(OH)3 → Fe2O3 .n(H2O)
Hidróxido férrico
O2 + 4H+
+ 4e→ 2H2O2H+
+ 2e→ H2
O2
O2H+H+
H2OH2O
e+e+
e+e+
Fe2+Fe2+
H+H+
2H2O → 2H+
+ 2OH-

o tamanho e a continuidade dos poros controlam o coeficiente de permeabilidade
Anodo: onde o metal se oxida: formação de
íons metálico;
Catodo: onde os elétrons liberados no anodo
reagem com o oxigênio e a água;
Condução elétrica: caminho que permite a
passagem de elétrons entre o anodo e o
catodo;
Condução iônica: caminho que permite a
passagem de íons, mantendo o balanço iônico
da célula de corrosão.
...sempre existe uma diferença de potencial....
Célula de corrosão

• na ausência de água, não ocorrerão a
reação catódica (O2 + 2 H2O + 4e → 4OH-
)
e, portanto, não ocorrerá a corrosão;
• o aumento da resistividade elétrica do
concreto dificultará a circulação da
corrente elétrica (iônica) e, portanto,
diminuirá a taxa de corrosão.

• se os produtos de corrosão formarem uma
camada barreira para a transferência de cargas
na interface aço/meio, as reações de corrosão
ocorrerão com taxa mais baixas ou não
ocorrerão, pois a circulação da corrente elétrica é
dificultada ou interrompida. Quando a taxa de
corrosão for muito baixa, diz-se que o metal está
passivado;

• se ocorrer a quebra da camada passiva, o aço
corroerá como se estivesse exposto à atmosfera
sem nenhuma proteção, tendo como agravante o
fato do tempo de molhamento em concreto ser
maior, pois a umidade é retida no mesmo por mais
tempo. Como o aço é hidrofílico, naturalmente
deve-se ter a formação de um filme de água em
superfície;
• uma vez iniciada a corrosão do aço, a sua taxa
dependerá de muitos fatores...resistividade do concreto; teor de umidade e
acesso de oxigênio; temperatura; existência de
pares galvânicos; relação a/c; presença de
anomalias...

Os produtos deOs produtos de
corrosão do aço-corrosão do aço-
carbono são porososcarbono são porosos
e expansivos.e expansivos.
A corrosão generalizada tendo a gerar uma fissuraA corrosão generalizada tendo a gerar uma fissura
ao longo da camada de cobrimento, posicionadaao longo da camada de cobrimento, posicionada
no alinhamento da armadura.no alinhamento da armadura.
Inicialmente, preenche poros e microfissuras, comInicialmente, preenche poros e microfissuras, com
o aumento do acúmulo, ocorre tensão que fissurao aumento do acúmulo, ocorre tensão que fissura
o concreto, podendo provocar a delaminação e oo concreto, podendo provocar a delaminação e o
lascamento do concreto de cobrimento.lascamento do concreto de cobrimento.
2 a 8
vezes
maiores!

A fissuração ao longo do posicionamento daA fissuração ao longo do posicionamento da
armadura facilita o acesso de agentes, o quearmadura facilita o acesso de agentes, o que
acelera a corrosão, tendo-se um aumento daacelera a corrosão, tendo-se um aumento da
presença de produtos de corrosão expansivos.presença de produtos de corrosão expansivos.
Os esforços de tração gerados pelos mesmos,Os esforços de tração gerados pelos mesmos,
desplaca o concreto de cobrimento.desplaca o concreto de cobrimento.

 depende da presença de água e de oxigênio
simultaneamente: o que significa em dizer que
concretos molhados porém sem O2 e em
concretos secos com muito O2, a taxa é
desprezível;
 pH: quanto menor, maior é a taxa de corrosão;
 solubilidade e higroscopicidade dos produtos de
corrosão formados: produtos insolúveis formam
barreira protetora e produtos hidroscópicos
retêm umidade. Os ciclos de molhamento lixiviam
os produtos de corrosão, acelerando a corrosão.
Taxa de corrosão

 condição de molhamento e secagem: quanto o
concreto seca entra oxigênio e quando este volta a
molhar, o oxigênio contido na rede de poros se
dissolve, acelerando a corrosão;
 temperatura: o aumento acarreta a mobilidade
dos íons (um aumento de 10 o
C pode dobrar a taxa
de corrosão) e, as suas variações, resultam em
ciclos de maior e menor umidade do concreto,
acelerando também a corrosão.
Taxa de corrosão

Curvas eletroquímicas de polarização
Curva mostrando
comportamento de metal
passivável
Curva mostrando metal
ativo

Anodo:
oxidação do
metal
Catodo:
redução do
metal
Evans diagrama – passivação do aço-carbono
GU et al, Electrochemical
incompatibility
Anodo: evolução do
oxigênio
Anodo passivado
Anodo ativo
C
A
Fe→Fe2+
+2e
2H
2 O + O
2 + 4e →
4OH -
Icorr
Ecorr Potencial de
corrosão
Densidade de corrente
Normalmente, a
amadura se
mantém estável
(Icorr insignificante)
porque a
intersecção das
curvas A e C
ocorre na região
de passivação
Potencial
Taxa de corrosão de passivação =
iPassiv do aço 0,1 µA/cm2
⇒ 1,1 µm/ano

Evans diagrama - corrosão cloreto e carbonatação
incompatibility
C
A 1
Fe→Fe2+
+2e
Icorr
1
Ecorr
Ecorr 2
Ecorr 3
Ecorr 4
A 2
A 3
A 4
Potencial de
corrosão
mais
negativo
Aumento do teor de íons Cl-
, maior é a redução
da região passiva, sendo esta perdida no A 4
Icorr
2
A4 Corrosão cloreto ou
carbonatação
2H
2 O + O
2 + 4e →
4OH -
Taxa de corrosão muito alta =
iLimite do O2 > 10 µA/cm2
⇒ 110 µm/ano
Potencial

Grau de corrosão da
armadura de aço
µA/cm2
µm/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
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

MANCHAS DE OXIDAÇÃO/CORROSÃO
Os produtos de corrosão podem ser lixiviados,
manchando a superfície do concreto, que assume a
cor marrom-avermelhado. Ocorre preferencialmente
em concreto exposto a umidificação, poroso ou
fissurado ou com baixa espessura de cobrimento e,
especialmente, na face inferior dos elementos.

CONCRETO DISGREGADO
A disgregação se caracteriza pelo lascamento do concreto em
razão de esforços internos ou externos superiores a
resistência do material. Usualmente, é resultante da corrosão
da armadura ou choque ou impacto ou, ainda, esmagamento
por aparelho de apoio e junta de dilatação.

CONCRETO DISGREGADO e
CORROSÃO EM
CONCRETO PROTENDIDO

CONCRETO DISGREGADO
A disgregação do concreto por esmagamento na região de
aparelho de apoio e em junta de dilatação, com armadura
exposta e corroída.

CONCRETO SEGREGADO
A segregação se caracteriza pela concentração heterogênea
dos componentes da mistura do concreto, resultando em
área não coesa e com vazios. Esses vazios podem afetar a
proteção por barreira física e eletroquímica conferida pelo
concreto à armadura.

Técnica de
execução
Qualidade
do
concreto
Proteção física: barreira que limita
o acesso de agentes (difusão)
Espessura
de
cobrimento
Relação A/C
Adidtivos
Tipo de cimento
Dimesões do agregado
Reserva alcalina
Cura
Vibração
Vazios
Resistência
20 cm a 55 cm
Patologias: variação da espessura de cobrimento, fissuração,
segregação, porosidade superfícial etc

Proteção química: indução da
passivação da armadura
Face líquida altamente alcalina com pH em torno de
12,5 a 13,5
Fase líquida do concreto, de boa qualidade, tem pH
elevado em razão da dissolução de hidróxido de cálcio -
Ca(OH)2, de sódio - NaOH e de potássio - KOH. Nessa
condição, é formado um filme de óxidos de ferro à
superfície do aço. A estabilidade desse filme é garantida
até pH em torno de 11,5, sem presença de cloretos no
concreto. (BENTER; DIAMOND; BERKE, 1997).

A passivação é resultante da interação aço-
carbono com compostos hidratados do
cimento com formação de um filme de óxidos
de ferro estável. Adicionalmente, há proteção
(efeito tampão) pelo acúmulo dos mesmos
compostos na superfície do aço.
á c i d o a l c a l i n o
(hidróxido de cálcio)
70
13,5
PASSIVAÇÃO
11,5
CORROSÃO
FILME ESTÁVEL
Fe2O3

Natureza do filme passivante do aço-carbono
• A teoria mais aceita é a da formação de um
filme transparente, fino, aderente e estável,
composto por Fe3O4 (magnetita) e/ou Fe2O3
(hematita) ou ainda γ-FeOOH (lepidocrocita).
• Alguns autores declaram que as reações de
passivação envolvem compostos da pasta de
cimento, os quais também se acumulam na
interface aço/concreto (efeito tampão).

Enquanto o pH do concreto estiver
suficientemente alcalino e não ocorrer a
contaminação do meio com algum tipo de
substância capaz de quebrar a camada passiva,
o aço permanecerá passivo.
Se por uma razão qualquer, ocorrer a quebra da
camada passiva, o aço corroerá como se
estivesse exposto à atmosfera, tendo como
agravante o fato do tempo de molhamento,
pois a umidade é retida por mais tempo pelo
concreto (absorve rapidamente a umidade,
porém demora para eliminá-la) do que em aço
exposta à atmosfera.

o tamanho e a continuidade dos poros controlam o coeficiente de permeabilidade
 Despassivação por carbonatação;
 Despassivação por íons cloreto.
Mecanismos de despassivação do aço-carbono
Concreto:
Carbonatação: despassivação generalizada;
Sulfatos: reações expansivas com o cimento;
Alcalis agregado: reações expansivas com os inertes;
Armadura:
Íons cloreto: despassivação localizada.

Pollutants which are considered to have an important role in the degradation
of building materials are C02 , S02 , NOx, hydrogen chloride (HC1), hydrogen
fluoride (HF) and (03 ) along with Air Pollution Effects on Brick, Concrete and
Mortar 109 "secondary pollutants" formed from the above in the atmosphere,
such as H2S04 and HNO3 for example
Carbonatação
Processo físico-químico, resultante da difusão
do CO2 atmosférico pela rede de poros
insaturados do concreto, com interação com
compostos básicos (NaOH, KOH, Ca(OH)2)
presentes na fase aquosa do concreto,
resultando na diminuição do seu pH. Com a
redução do pH o aço está suscetível à corrosão.
A diminuição do pH também ocorrer por reações com
o dióxido de enxofre (SO2) e do gás sulfídrico (H2S).
O CO2 e o SO2 são os principais poluentes atmosférico, ambos são
captadas pela umidade, formando ácido carbônico (H2CO3) e
sulfuroso (H2S04), respectivamente.

Dissolução do CO2:
CO2 + 2OH-
→→ CO3
2-
+ H2O
Dissolução do Ca(OH)2:
Ca(OH)2 →→ Ca2+
+ 2OH-
Formação do carbonato de cálcio:
Ca2+
+ CO3
2-
→→ CaCO3
Ca2+
+ 2OH-
+ CO2 →→ CaCO3 + H2
CO2
pH < 10,5
corrosão da
armadura
CaCO3
é um produto de baixa
solubilidade e possui volume maior
(~ 11 %) do que Ca(OH)2
:
 refinamento dos poros e, possível, colmatação de
outros, dificultando a entrada de CO2 do ar e outros;
 fissuração do concreto.
Umedecimento do
concreto! (aumento da
hidratação do cimento)

CO3
2-
+ Ca2+
→ CaCO3
H+H+ H2OH2O
O2
O2
OH-OH-
CO2 + H2O → H2CO → H+
+ HCO3
-
→ 2H+
+ CO3
2-
OH+0nH.SiO+CaCO→OnH.SiO.CaO+COH 22232232
OH2+CaCO)OH(Ca+COH 23232 →

Tempo 0 Tempo 1
Tempo 2
Tempo N
pH em torno de 13
A armadura está suscetível à corrosão!
O processo de corrosão é controlado pela
umidade na superfície do aço e
disponibilidade de oxigênio na mesma
pH ≤ 9(zona parcialmente
carbonatada pH ≤ 11,5)
O filme passivante começa a ficar
instável!

Avanço da frente é dependente dasAvanço da frente é dependente das
características do concretocaracterísticas do concreto::
• tipo e teor de cimento e de adições minerais;
• relação a/c (maior ou menor permeabilidade);
• cura (em cura adequada o gel hidratado preenche
espaços ocupados originalmente pela água,
reduzindo comunicação intercapilar);
• fissura e rede de poros comunicantes (caminho
facilitado de penetração de agente agressivos).
No tempo N, o avanço da frente é menor que nos Tempos 1
e 2, em razão da maior dificuldade de acesso do CO2 em
camadas mais internas, considerando que as mais externas,
já carbonatadas, reduzem a comunicação da rede de poros

Tempo N
Avanço da frente é dependente do meio de exposiçãoAvanço da frente é dependente do meio de exposição:
• atmosfera: urbana, o teor de CO2 no ar pode
chegar a 10x ao teor natural e, em industrial, pode
chegar a 100 x;
• exposição: região imersas e sujeita à zona de
respingos e marolas estão pouco sujeitas à
carbonatação: estruturas marinhas geralmente
apresentam frente de carbonatação muito menor
do que a de penetração de íons cloreto;
• deterioração : fissuração, segregação etc;
• temperatura e umidade relativa do ar:

Em concreto muito úmido (> 75 %) ou
saturado, a frente de carbonatação é
muito pouco significativa, avançando
muito lentamente ao longo dos anos.
Isso ocorre devido à baixa penetração do gás ao
longo da camada de cobrimento da armadura e,
consequentemente, sua baixa difusibilidade na
solução aquosa que preenche a rede de poros
(incluindo capilares e microfissuras).
A difusão do CO2 na água é cerca de 104
vezes menor
que no ar

Em concreto pouco úmido (< 50 %) ou seco
(< 25 %), a frente de carbonatação também é
muito pouco significativa, avançando muito
lentamente ao longo dos anos.
Isso porque, mesmo com o fácil acesso do gás na
rede de poros da camada de cobrimento da
armadura, a sua reação com Ca(OH)2 ocorre
lentamente, em razão da restrição de solução
aquosa que preenche e interliga os poros, sendo a
mesma necessária as reações.
Nessa condição, há também restrição de umedecimento
da superfície da armadura, restringindo a ocorrência das
reações de corrosão da armadura.

A frente de carbonatação avançará mais
rapidamente em concreto em que a
rede de poros está parcialmente
preenchida.
há disponibilidade do CO2 na parte não
preenchida dos poros e facilidade de sua
difusão solução aquosa contida nos mesmos.
Umidade relativa atmosférica – maior frente de carbonatação
entre 50 % e 70 %.
Temperatura ambiente – pouco efeito, mas em climas
tropicais as reações químicas são mais aceleradas do que os
de menor temperatura.

Ambientes interiores: a velocidade de carbonatação é
máxima
Ambientes exteriores com chuva: a velocidade de
carbonatação é baixa
Ambientes exteriores protegidos: a velocidade de
carbonatação é mais elevada
Condição enterrada ou submersa: a velocidade de
carbonatação é muito baixa Concentração atmosférica entre
0,03 % a 1 %
(NEVILLE, 1997)
Tempo NModelo analítico para carbonatação:
ex
= K . t 1/2ex
= espessura da frente de carbonatação (mm)
K = constante determinada em campo ou no laboratório
t = tempo (anos)

DIPAYAN J.; BERNARD E., Concrete internacional, 2007
Em fissura de abertura 0,2 mm, a frente de
carbonatação avança em torno de 3 x mais rápido
que em concreto de boa qualidade íntegro (não
fissurado). (VAYSBURD; EMMONS, 2004)

aproveitando...............aproveitando...............Corrosão generalizadaCorrosão generalizada
Qualquer metal pode sofrer corrosão generalizada,
depende do meio.
Não é totalmente uniforme: haverá alvéolos de
dimensões variadas e rugosidade variável, conforme
acúmulo de produtos de corrosão e deposições etc
Inicio da corrosão do aço-carbono, áreas anódicas e catódicas bem definidas
Produto esverdeado
óxido ou hidróxido de Fe2+
(oxidação incipiente por restrição
de oxigênio na solução)
Produto alaranjado a
vermelho
óxido ou hidróxido de Fe3+
(presença de oxigênio na solução)
Produto preto
magnetita
(restrição de oxigênio)

POPOVICS, S. Durability of reinforced concrete in sea water. In: Alan P. Crane, ed. Corrosión of
reinforcement in concrete construction. London, Society of Chemical Industry, Ellis Horwood,
1983.p.19-38.

Adsorção de íons Cl-
com deslocamento
simultâneo de O2-
o
que determina o
início da quebra do
filme passivo (Uhlig
Kolotorkyn).
Os íons Cl-
determinam a formação
de trincas e defeitos no filme quando
as forças que repulsam os adsorvidos
são elevadas (Hoar e Sato).
Mecanismos de
quebra do filme
passivo
Os íons Cl-
penetram no óxido,
ocupando vacâncias de O2-
,
alcançando a superfície
óxido/metal, isso possibilita a
formação de complexos com os íons
de Fe2+
, os quais são solúveis.
Os íons Cl-
são incorporados no filme espesso, formando
defeitos iônicos favorecendo o seu transporte através da
camada de óxidos. Em filme fino, o íons Cl-
competem com
os íons hidroxila e não permitem a passivação nestes
locais.

No concreto, os íons Cl-
podem reagir com
compostos do cimento, formando cloroaluminatos,
não os deixando livres para reagirem na camada
passiva da armadura. Desse modo, somente os
cloretos livres são usualmente considerados na
avalição do risco de corrosão da armadura
Teor de cloreto limite
Na literatura os teores críticos variamNa literatura os teores críticos variam
muito, usualmente 0,05 % (CP) a 0,4 %muito, usualmente 0,05 % (CP) a 0,4 %
(massa de cimento) ou(massa de cimento) ou
em relação [Clem relação [Cl--
]/[OH]/[OH--
] ≤ 0,6] ≤ 0,6
HAUSSMANN, 1967HAUSSMANN, 1967

Pollutants which are considered to have an important role in the degradation of
building
Íons cloreto - Origem
• contaminação da massa de cimento durante a
construção: uso de água do mar, de areia
contaminada com cloreto, ou ainda, no passado,
presença de aditivos aceleradores à base de cloreto de
cálcio (CaCl2);
• ingresso de cloreto: exposição da estrutura ao
ambiente marinhos ou industrial contaminados com
cloretos, limpeza de fachada ou de piso com ácido
muriático (clorídrico).
Todos os fatores que favorecem o ingresso de água,
favorecem também o ingresso do cloreto.

Fatores influenciadores
 condições de exposição e característica
do concreto: tipo de cimento e o pH:
 quanto menor o pH, menor é o valor limite de
Cl-
;
 a queda do pH pode determinar a dissolução
de Cl-
“aprisionados” (cloroaluminatos).
 concentração que a armadura pode
tolerar;
 resistividade elétrica do concreto;
 presença de fissuras e outras anomalias
na superfície do concreto.

Condições de exposição
Zona atmosférica: deposição de cloretos na superfície
do concreto (distância do mar, direção dos ventos e
exposição a lavagem pela chuva), seguida absorção
superficial e difusão pela estrutura de poros
comunicantes.
Zona de rebentação e respingos e variação de maré:
absorção, seguida de difusão
Zona submersa: permeabilidade, seguida de difusão
Os mecanismos de transporte de massa no concreto são:
permeabilidade sob pressão (movimento sob gradiente de pressão),
difusão (deslocamento por gradiente de concentração do íons),
absorção capilar (movimento por sucção em poros abertos ao meio
ambiente) e migração (deslocamento dos íons por campos elétricos).

Íons cloreto
Interagem com o filme passivante,
danificando-o e expondo-o ao meio.
Em consequência, há formação de
pequenas crateras (pites). Com o avanço do
ataque, os pites aumentam em número e tamanho
e acabam generalizando a corrosão.
Também
aumentam a
mobilidade de
íons na água
de poros!
Uma vez iniciado a corrosão, os compostos
solúveis formados com cloreto, difundem-se
atingindo regiões com maior pH, reagindo com os
íons hidroxila, formando hidróxidos que se
precipitam e liberam o cloreto (auto catalítico).

Área anódica:Área anódica:
FeFe →→ FeFe2+2+
+ 2e+ 2e (oxidação)(oxidação)
FeFe2+2+
+ 2Cl+ 2Cl--
→→ FeClFeCl22
FeFe3+3+
+ 3Cl+ 3Cl--
→→ FeClFeCl33
FeFe2+2+
+ H + H22O O →→ Fe(OH)Fe(OH)22 + 2H + 2H++
FeClFeCl22 + 2OH+ 2OH--
→→ Fe(OH)Fe(OH)22 + 2Cl+ 2Cl--
FeClFeCl33 + 3OH+ 3OH--
→→ Fe(OH)Fe(OH)33 + 3 Cl+ 3 Cl--
Acidificação
Área catódica:
2H2O + O2 + 4e → 4OH-
(redução)
Produto de corrosão:
Fe2+
+ 2OH-
→ Fe(OH)2

aproveitando............aproveitando............Corrosão por piteCorrosão por pite
É um tipo de corrosão que se caracteriza pelo ataque em
pequenas áreas de uma superfície que se mantém passivo
•geralmente tem diâmetro igual ou menor do que a sua
profundidade. Podem ter formas diversas, preenchidas ou
não;
•é perigosa, pois nem sempre é perceptível: a degradação
ao longo da superfície aparente do metal é pouca se
comparada à profundidade que o pite pode atingir!

aproveitando............aproveitando............Corrosão por pite em concretoCorrosão por pite em concreto
Ocorre independente do pH da água de poros do
concreto. Com isso, a redução do pH é visto mais
como uma possível consequência, do que como a
causa da corrosão.
O início da corrosão ocorre pelo crescimento do pite
ou por sua nucleação, sendo esta última frequente,
pois o filme passivo do aço-carbono não é perfeito
(GLASS et al, 2008).

Fratura de uma fissura de abertura
0,2 µm, que apresentou concreto
umedecido e armadura com locais sem
corrosão (região acinzentada), locais
com armação despassivada (região
escurecida) e locais
com corrosão (região
verde)

Com o avanço do ataque, aCom o avanço do ataque, a
corrosão tende a secorrosão tende a se
generalizar, podendo sergeneralizar, podendo ser
preservada o pH do concretopreservada o pH do concreto
da interface com o aço:da interface com o aço:

Macrocélula de corrosão
Desequilíbrio do potencial eletroquímico entre áreas
da armadura, sendo uma delas exposta a uma
concentração crítica de íons cloreto (Anodo) ou a
carbonatação (frente não uniforme).
A heterogeneidade e a relação distinta entre a área
anódica e a catódica (bem maior), acelera a corrosão
da barra de aço, que pode ter uma perda localizada
significativa de seção.

Macrocélula de
corrosão
Ecorr = -100 mV-500 mV
Ecorr = -100 mV

Anodo:
oxidação do
metal
Catodo:
redução do
metal
Evans diagrama – passivação do aço-carbonoGUetal,Electrochemical
incompatibility
Anodo: evolução do
oxigênio
Anodo passivado
Anodo ativo
C
A
Fe →Fe 2+
+ 2e
2H
2 O + O
2 + 4e →
4OH-
Icorr
Ecorr Potencial
de corrosão
Normalmente, a
amadura se
mantém estável
(Icorr insignificante)
porque a
intersecção das
curvas A e C
ocorre na região
de passivação

A1: aço embutido no material
de reparo (sem íons Cl-
)
Evans diagrama – reparo localizado em
estrutura contaminada com cloretos
incompatibility
A2 – Aço embutido no concreto
contaminado com íons Cl-
C
A1
2H
2 O + O
2 + 4e →
4OH -
Icorr - Irp
Ecorr
Erp
A2Ecorr
Erb
Icorr - Irb
Incompatibilidade
eletroquímica

VAYSBURD; EMMONS, 2004: as principais causas da
corrosão prematura em região de reparo localizado
são a incompatibilidade eletroquímica e a sua
própria fissuração (cura deficiente, retração plástica,
ação mecânica, gradiente térmico).

VAYBURD e EMMONS (2004): durante
o reparo é esperada um teor de
cloreto residual no concreto da
região, o que é sempre um risco para
a continuação da corrosão e sua
aceleração.
HANSSON; POURSAEE; JAFFER (2012):
as fissuras aceleram a penetração
dos íons Cl-
no aço, incluindo em sua
adjacência, sendo uma região de
possível formação de macrocélula de
corrosão

MARCOTTE; HANSSON, (2003):
em concreto de qualidade, as
fissuras transversais tem pouco
impacto na corrosão da
armadura, no entanto, o
desempenho não é igual a
concreto íntegro.
OKULAJA; HANSSON (2003): Quanto maior é a
qualidade do concreto, mais localizada pode ser a
corrosão, podendo a mesma ser severa, se desencadear
uma perda significativa da seção do aço.
Isso é dependente da resistividade elétrica, do acesso do
oxigênio e da reção de área catodo/anodo.

A abertura da fissura e o sua posicionamento não são
fatores críticos para a corrosão, mas sim a quantidade
de fissura por unidade de área (VAYBURD e EMMONS, 2004) .
A taxa de corrosão do aço é
controlada pela condutividade
do concreto, pelo diferença
de potencial entre área
anódica e catódica e a taxa
que o oxigênio atinge esta
última área (VAYBURD e EMMONS,
2004).
Em concreto com múltiplas fissuras, a corrosão do aço
sob uma delas pode eventualmente proteger as
demais adjacentes, sendo as mesmas o catodo
(SUZUKi et al, 1990).

Como posso driblar a corrosão ?
• projeto adequado que evite a circulação de água
desnecessária através do concreto;
• espessura adequada e uniforme de cobrimento;
• qualidade adequada do concreto em termos de
homogeneidade e relação a/c;
• tipo de cimento e proporção adequada para
assegurar uma adequada compacidade e
impermeabilidade ao concreto;
• cura adequada uma cura insuficiente afeta a
porosidade do concreto;

• estado superficial das armaduras de aço:
sobre superfície limpa e isenta de
produtos de corrosão, forma-se uma
camada passiva mais resistente do que
sobre uma superfície contaminada com
carepas, óleos e graxas, produtos de
corrosão ou material particulado
qualquer. Uma camada de passivação
eficiente requer níveis mais elevados de
contaminação e/ou acidificação.

aaraujo@ipt.br
Aaraujobonini@gmail.com
lcp@ipt.br
Laboratório de Corrosão e
Proteção
Fone: +55 (11) 3767-4044
http://www.ipt.br/centros_tecnologicos/CTMM
http://lattes.cnpq.br/7121918010413028
Obrigada!
“A mente que se abre a uma nova ideia jamais
voltará ao seu tamanho original.”
Albert Einstein

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