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Techne 2013 200_resistividade eletrica na avaliação do risco de corrosao

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Resumo
Não é raro observar a deterioração prematura das estruturas de concreto como pontes, viadutos, píeres e prédios devido à corrosão das armaduras. Muitas vezes, esta deterioração está relacionada à ausência de avaliações do estado de conservação das estruturas. A melhor maneira de avaliar periodicamente as estruturas é por meio do exame visual detalhado da superfície de seus elementos. Com base na gravidade das patologias observadas, bem como no conhecimento da agressividade ambiental, das características e do histórico da estrutura, outras técnicas são também aplicadas. Dentre elas, destaca-se a medida elétrica da resistividade do concreto. Essa medida é, usualmente, associada à medida eletroquímica do potencial de corrosão e/ou da taxa de corrosão das armaduras. Esta associação é muito importante para a avalição do risco de corrosão das armaduras das estruturas durante as inspeções em campo. Nesse artigo, a avaliação desse risco é discutida, com base na realização da medida da resistividade elétrica do concreto.

Abstract
It is not unusual to premature deterioration of concrete structures such as bridges, overpasses, piers and buildings due to reinforcement corrosion. Often, this deterioration is related to the lack of assessment of structures conservation status. The best way to the periodic evaluation of the structures is through detailed visual examination of the surface of its elements. Based on the severity of the observed pathologies, as well as knowledge of environmental aggression, the characteristics and history of the structure, other techniques are also applied. Among them, there is the electrical measurement of concrete resistivity. This measurement is usually associated with the electrochemical measurement of the corrosion potential and / or reinforcement corrosion rate. This association is very important for the evaluation of the risk of corrosion of the reinforcement of the structures during inspections in the field. In this Article, the assessment of this risk is discussed, based on the realization measuring the electrical resistivity of the concrete.

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Techne 2013 200_resistividade eletrica na avaliação do risco de corrosao

  1. 1. 66 Téchne 200 | NOVEMBRo de 2013 artigo Envie artigo para: techne@pini.com.br. O texto não deve ultrapassar o limite de 15 mil caracteres (com espaço). Fotos devem ser encaminhadas separadamente em JPG Resistividade elétrica do concreto na avaliação do risco de corrosão nas estruturas atmosféricas Adriana de Araujo Pesquisadora do Laboratório de Corrosão (LCP) e Proteção do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) aaraujo@ipt.br Zehbour Panossian Diretora de Inovação do IPT zep@ipt.br Não é raro observar a deterioração prematura das estruturas atmos- féricasdeconcretoarmado,comopon- tes, viadutos, píeres e prédios, devido à corrosão das armaduras. Frequente- mente, a corrosão é resultante da pre- sença de teores críticos de íons cloreto no concreto ou do abaixamento do seu pH devido a reações com compostos presentes no ar atmosférico, especial- mente o dióxido de carbono (reações de carbonatação) (Glass,2003). Usualmente, o risco de corrosão é avaliado quando da realização de inspe- ções visuais periódicas que verificam o estadodeconservaçãodasestruturas.Na maioria das vezes,esta inspeção consiste do exame visual detalhado da superfície doconcreto.Combasenagravidadedas patologiasobservadas,bemcomonoco- nhecimento da agressividade ambiental, das características e do histórico da es- trutura, outras técnicas são também aplicadas.Dentreelas,destaca-seamedi- da elétrica da resistividade do concreto que é associada à medida eletroquímica dopotencialdecorrosãoe/oudataxade corrosãodasarmadurasparaaavaliação doriscodesuacorrosão. Aresistividadeelétricaéoinversoda condutividade elétrica,podendo ser de- finida como uma propriedade física do concreto que indica a sua resistência à passagem de corrente elétrica (Zaccardi etal.,2009).Alémdisto,éumparâmetro importante para indicar o grau e a dis- tribuição de umidade no concreto, a presença de íons cloreto e a taxa de cor- rosão da armadura (Bertolini et al., 2004; Schiessl; Weydert, 1996). Sendo assim, pode-se dizer que a resistividade do concreto está relacionada com a vida útildasestruturas.Naetapadeiniciação, a sua medição, no decorrer do tempo, pode indicar alteração da umidade do concreto e, indiretamente, a penetração de íons cloreto e, na etapa de propaga- ção, a intensidade da corrosão da arma- dura(Zaccardietal.,2009;Polder,2001). As características físicas e químicas do concreto têm grande influência na resistividade elétrica do concreto. Ci- ta-se a permeabilidade do concreto que determina o transporte de dife- rentes agentes na rede de poros inter- conectados da matriz de cimento, em destaque a mencionada penetração da água (contaminada ou não com íons) (Glass, 2003; Nagi; Whiting, 2004). Quanto maior é a penetração da água, maior será o grau de umidade do con- creto (também descrito na literatura como grau de saturação). Este grau controla a resistividade elétrica do concreto de cobrimento da armadura (Enevoldsen et al., 1994). Quanto maior é o grau de umidade do concre- to, menor será a sua resistividade elé- trica, ou seja, mais facilitado é o fluxo da corrente elétrica no mesmo. Cita-se que as estruturas atmosféri- casestãoexpostasadiferentescondições ambientais que propiciam a umidifica- ção do concreto.O transporte da água e de seus vapores sempre ocorre quando há um gradiente de umidade entre o ambienteeoconcretoecomasuaexpo- sição à água pluvial. Quanto maior é a duraçãodoperíododeexposiçãoàágua pluvial, maior pode ser a quantidade de águaquepenetraparaointeriordocon- creto(Andradeet.al,1999). Aintensidadedacorrosãodasarma- duras está diretamente relacionada com a umidade do concreto, ou seja, com a sua resistividade elétrica (Andrade et al., 1999; Gulikers, 2005). Um grau crítico deumidadeéfundamentalparaoinício da corrosão da armadura.As reações de corrosão só ocorrem quando a superfí- cie da armadura está em contato direto com a fase líquida do concreto, ou seja, com a solução aquosa eletrolítica que preenche a rede de poros e capilares. Além disto, o aumento da umidade re- sulta no aumento da área de armadura emcontatocomasoluçãoaquosaefavo- rece a dispersão dos produtos de corro- sãoformadosnasuperfíciedoaço,sendo queambospodemacelerarataxadecor- rosão(Feliuetal,1989). Para a corrosão, também é funda­ mentalapresençadeoxigêniodissolvido na solução eletrolítica. Em geral, assu- me-se que o oxigênio controla o proces- so de corrosão em concreto, devido ao seuacessolentoatéasuperfíciedaarma-
  2. 2. 67 Figura 1 – Esquema de célula de corrosão eletroquímica dura. No entanto, em estruturas atmos- féricas nem sempre isto é válido, podendo o processo de corrosão ser controlado pela resistividade elétrica do concreto(Alonsoetal.,1988). Como exemplo prático da influência daáguaedooxigênio,cita-sequeataxade corrosão da armadura é insignificante quando o concreto está muito seco (pouco eletrólito), mesmo havendo o livreacessodooxigênionasuasuperfície. Nocasodeumconcretosaturado(máxi- movolumedeumidade),ataxadecorro- são também é muito lenta, devido à res- triçãodoacessodeoxigêniodissolvidono eletrólito.Noentanto,casooconcretoes- teja úmido, mas não saturado, espera-se umprocessointensodecorrosão(Schies- sl;Weydert,1996;Polder,2001). Uma célula de corrosão eletroquími- ca é esquematizada na figura 1.Nela,são apresentadas, simplificadamente, as rea- ções indicadas na literatura como repre- sentativas do processo de corrosão do aço-carbonoemconcreto.Naregiãoanó- dica,ocorreoxidaçãodometal(Fe→Fe2+ + 2e) e,na catódica,redução do oxigênio dissolvidonoeletrólito(O2 +2H2O+4e- → 4OH- ).Entre estas regiões,há forma- ção de um circuito elétrico: no metal há conduçãodecorrenteelétricadenatureza eletrônica e, na solução de água de poro (eletrólito),conduçãodecorrenteelétrica de natureza iônica e, na interface metal/ meio,corrente elétrica decorrente das re- açõesdetransferênciadecargas. Conforme mostra a figura, na solu- ção, a condução de corrente elétrica iônicaéfunçãodamovimentaçãodeíons livres (partículas com carga elétrica). A medida da resistividade elétrica indica exatamente a resistência do concreto ao fluxo da corrente elétrica iônica gerada porestamovimentação.Quantomenoré a resistividade elétrica do concreto, mais facilitado será este fluxo e, assim, mais propensas as armaduras estão à corrosão (Sadowshi,2010).Naprática,diz-sequea corrosãoéquasecertaquandoaresistivi- dade elétrica do concreto é baixa e a ar- maduraestádespassivada. Diferentes fatores interferem no fluxo da corrente elétrica iônica. Como exemplo, cita-se a temperatura da solu- ção de água de poro.O seu aumento fa- cilita a mobilidade dos íons (Polder, 2001; Nagi; Whiting, 2004). Segundo estudodeSchiessleWeydert(1996),um aumento em torno de 10 °C é suficiente para reduzir a resistividade elétrica do concretoem50 %,enquantoumadimi- nuição da mesma ordem de grandeza (-10 °C)dobraaresistividade(100 %). O tipo de íon presente na solução também interfere no fluxo de corrente elétricanoconcreto.Osíonsdealtamo- bilidade,como é o caso dos íons cloreto, intensifica a corrente iônica, acelerando acorrosãodoaço-carbono(Broomfield; Millard, 2002). Por outro lado, a carbo- natação do concreto tem efeito inverso ao dos íons cloreto, pois as suas reações resultam na formação de sais de carbo- natodecálcioinsolúveisqueaumentam adensidadedoconcretoetornamaágua de poro mais diluída (Bertolini et al., 2004).Consequentemente,aresistivida- deelétricadoconcretoaumenta. Resistividade elétrica do concreto e medidas eletroquímicas de corrosão Alonso e colaboradores (1988, 1989) mostraram,há décadas,que a re- sistividade elétrica do concreto está re- lacionada com a taxa de corrosão da armadura. Uma série de ensaios apon- tou um aumento expressivo da taxa de corrosãoquandoaresistividadeelétrica do concreto era baixa. Outros estudos (González et al.,2004;Glass et al.,1991; Schiessl; Weydert, 1996, Enevoldsen et al., 1994, Hunkeler, 1996) apontaram a mesma correlação. Broomfield e Millard (2002) ressal- tam que a correlação da taxa de corrosão com a resistividade elétrica do concreto somenteévalidaseamedidadestaúltima for feita com exatidão. Outra ressalva é para o caso de concreto muito úmido ou muitoseco,condiçãoemqueacorrelação entreastécnicasnãoseaplica.Enevoldsen etal.(1994)mostraram,pormeiodoem- butimento no concreto de aparato espe- cífico de medição do grau de sua umida- de,queataxadecorrosãodiminuiquan- doaumidadedoconcretoémuitoeleva- da, maior do que 80%. A partir deste valor, Hunkeler (1996) observou uma drásticaquedadaresistividadeelétricado concreto.Nestacondição,ataxadecorro- sãoégovernadapelajámencionadacon- centração do oxigênio dissolvido que é menor em concreto muito úmido. No caso do concreto muito seco, a taxa de corrosão cai drasticamente devido à mencionadaausênciadeágua. Broomfield e Millard (2002) tam- bémdescrevemqueépossívelidentificar locais de possível corrosão intensa (taxa elevada) e,também,avaliar a severidade dasituaçãoconstatadaemcampocoma associação da medida da resistividade com a do potencial de corrosão. Segun- do estes autores, isto é válido tanto para medições pontuais de potencial de cor- rosão como para aquelas que abrangem áreas maiores (mapeamento de poten- cial).Além disto, ressalta-se que esta as- sociaçãoéimportantedevidoàconheci- da influência do grau de umidade do concreto nos valores de potencial, con- forme critérios da ASTM C876. Segun- do estudos de González e colaboradores (2004) múltiplos fa­­tores condicionam osvaloresdepotencial,sendoasuaasso- ciação com outras medidas, como a da resistividade elétrica do concreto,neces- sáriaparaatotalcredibilidadedosresul- tadosobtidosemcam­po. O exposto está de acordo com a vi- Ca2+ Ca2+ Fe2+ Fe2+Fe O2 O2 O2 O2 O2 H2O 2H2O + O2 + 4e- 2e- 4OH- H2O H2O H2O H+ H+ H+ OH- OH- H+ K+ K+ K+ Na+ Na+ SO2- 4 Anodo Catodo Condução elétrica Condução iônica Metal: aço carbono Eletrólito: face líquida do concreto Interface: reações de transferência de cargas
  3. 3. 68 Téchne 200 | NOVEMBRo de 2013 a r t i go vência em campo das autoras.A medida da resistividade elétrica do concreto é usualmente realizada para complemen- tar a do potencial de corrosão das arma- duras na avaliação do risco de corrosão. Comoconhecimentodaresistividadedo concreto é facilitada tanto a análise dos resultados,comotambémaidentificação dasregiõescomcorrosãoemcursoepo- tencialmente propensas à corrosão seve- ra (taxa de corrosão elevada). Com base nosresultadosobtidosenoexamevisual da armadura,outros ensaios são realiza- dos em campo e em laboratório. Com base nestes ensaios e nos obtidos na ins- peçãovisualdoselementosdaestruturaé possível não somente avaliar o risco de corrosão, como também determinar o seuestadodeconservação. Outras aplicações da medida da resistividade Alémdaavaliaçãodoriscocorrosão, outrosprocessosdedegradação,emque o grau de umidade do concreto tem im- pactosignificativo,comonareaçãoálca- lis-agregado e no ataque de sulfatos ao concreto, também podem fazer uso da técnica de medição da resistividade elé- tricadoconcreto(ACI,2010). Além disso, esta técnica pode ser aplicada para avaliar o desempenho de estruturas recuperadas (Hunkeler, 1996), a eficiência da proteção catódica ou do processo de dessalinização ou da realcalinização do concreto (Nagi; Whi- ting, 2004; Polder, 2001).Além disto, ci- ta-seoseuusonacaracterizaçãodocon- creto, inclusive na avaliação do ingresso de íons cloreto (Nagi; Whiting, 2004; Andrade;D´Andrea,2011). Normalização Conforme a literatura consultada, há normalização (AASHTO TP95, 2011)paraavaliaroingressodeíonsclo- reto no concreto com uso da técnica de medição da resistividade do concreto. Quanto ao seu uso na avaliação do risco de corrosão das armaduras,somente foi recuperada a recomendação técnica RilemTC154-EMC(Polder,2000). Sabendo-se da limitação de norma- lizações,éimportantequeasmedidasde resistividade elétrica sejam feitas com base nessa recomendação e em estudos disponíveis na literatura. Cita-se que as principais técnicas e os critérios de ava- liação dos resultados obtidos em medi- ções em campo na avaliação do risco de corrosãosãotemasdeartigoposterior. Agradecimento Andreza Milham eAna LúciaA.de Souza pela recuperação de artigos e Andrezza P. Correa pela elaboração de desenho. LEIA MAIS Reinforcement Corrosion. Glass, G. K. IN:Advanced ConcreteTechnology 2: Concrete Properties. 2003. Influence ofTemperature and Humidity on Portland Cement Mortar Resistivity Monitored with Inner Sensors. ZaccardiY.A.V.; Garcia, J. F. Huelamo P.AND Di Maio,A. Materials and Corrosion, 60, 2009 Corrosion of Steel in Concrete: Prevention,Diagnosis,Repair. Bertolini, L et al. 2004 Limiting the Water Content in Concrete as Protection against Corrosion. Schiessl, P.; Weydert, R. Durability of Building Materials and Components, 1, 1996 Test Methods for on-Site Measurement of Resistivity of Concrete.RilemTC 154-EMC Technical Recommendation.Polder, R. D. Construction and Building Materials, 15, 2001 New non-Destructive Method for Linear Polarization Resistance Corrosion Rate Measurement. Sadowshi, Ł.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2, 2010 Resistivity of Concrete:State of the Art.Nagi, M.; Whiting, D. Nace, 2004 The Influence of Internal Relative Humidity on the Corrosion of Steel Embedded in Concrete and Mortar. Enevoldsen, J. N. et al. Cement and Concrete Research, 24, 1994 Relative Humidity in the Interior of Concrete Exposed to Natural and Artificial Weathering. Andrade, C.; Sarría, J.;Alonso, C. Cement and Concrete Research, 29, 1999 Theoretical Considerations on the Supposed Linear Relationship between Concrete Resistivity and Corrosion Rate of Steel Reinforcement. Gulikers, J. Materials and Corrosion, 56, 2005 Relationship between Conductivity of Concrete and Corrosion of Reinforcing Bars.Feliu, S. et al. British Corrosion Journal, 24, 1989 Relation between Resistivity and Corrosion Rate of Reinforcements in Carbonated Mortar Made with Several CementTypes. Alonso, C. et al.Cement and Concrete Research. 8, 1988 Measuring Concrete Resistivity to Assess Corrosion Rate.Broomfield,J.;Millard,S. Concrete:CurrentPracticeSheetNo .128,2002 Factors Affecting Steel Corrosion in Carbonated Mortars. Glass, G. K. et al. Corrosion Science, 32, 1991 Considerations on Reproductibility of Potential and Corrosion Rate Measurements in Reinforced Concrete. González, J. A. et al. Corrosion Science, 46, 2004 The Resistivity of Pore Water Solution:a Decisive Parameter of Rebar Corrosion and Repair Methods.Hunkeler, F. Construction and Building Materials, 10, 1996 Investigation of Rebar Corrosion in Partially Submerged Concrete.Funahashi, M.; Fong, K. F.; Burke, N. D. Corrosion Forms & Control for infrastructure: STP 1137, 1992 Corrosion Rate Monitoring in the Laboratory and on-Site. Andrade, C.;Alonso, C. Construction and Building Materials, 10, 1996 Protection of Metals in Concrete against Corrosion:Reported by Comité 222R. ACI, 2010 La Resistividad Eléctrica como Parámetro de Control del Hormigón y de su Durabilidad.Andrade, C.; D´Andrea, R. RevistaAlconpat, 1, 2011 Standard Method ofTest for Surface Resistivity of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration. AASHTOTP 95. AmericanAssociation of State Highway and Transportation Officials, 2011 Test Methods for on-Site Measurement of Resistivity of Concrete.RilemTC 154-EMC Technical Recommendation.Polder, R. D. Construction and Building Materials, 33, 2000

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