Tecnhe 2014 210_tecnicas de medida da resistividade eletrica concreto

361 visualizações

Publicada em

Resumo
A resistividade elétrica do concreto controla a corrente entre a área anódica (oxidação do metal) e área catódica (redução do oxigênio) de corrosão da armadura. A intensidade dessa corrosão é maior quando a resistividade elétrica está baixa e há disponibilidade de oxigênio dissolvido na solução aquosa junto à armadura. Desse modo, a resistividade é reconhecida como parâmetro diretamente relacionado com a probabilidade e a intensidade de corrosão. Na prática, a medida da resistividade é associada a outras técnicas de avaliação da estrutura, como a medida do potencial eletroquímico estabelecido no sistema armadura/concreto. 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. Nesse artigo, são apresentadas técnicas de medida da resistividade elétrica do concreto e feitas considerações quanto à avaliação do risco de corrosão das estruturas em campo.


Abstract
The electrical resistivity of the concrete controls the current between the anode area (metal oxidation) and cathodic area (reduction of oxygen) of the reinforcement corrosion. The intensity of this corrosion is greater when the electrical resistivity is low and there is availability of oxygen dissolved in the aqueous solution in the reinforcement region. Thus, the resistivity is recognized as a parameter directly related to the likelihood and extent of corrosion. In practice, the measurement of resistivity is associated with other structure evaluation techniques such as the measurement of electrochemical potential in the system concrete/reinforcement. In general, it is assumed that the corrosion is right and should have a high rate when the electrical resistivity of concrete is low and the potential of the measure indicates its depassivation. In this paper are presented the electrical resistivity measurement techniques of concrete and made considerations regarding the assessment of the risk of corrosion of the field structures.

Publicada em: Engenharia
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
361
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
4
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
9
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Tecnhe 2014 210_tecnicas de medida da resistividade eletrica concreto

  1. 1. 44 Téchne 204 | março de 201444 Téchne 210 | SETEMBRO de 2014 Adriana de Araujo Pesquisadora do Laboratório de Corrosão e Proteção (LCP) do Instituto de PesquisasTecnológicas (IPT) aaraujo@ipt.br Zehbour Panossian Diretora de Inovação do IPT zep@ipt.br Kleber J. Oliveira Assistente de Pesquisa do Laboratório de Equipamentos Elétricos e Ópticos do IPT kleberjo@ipt.br Mario L. Pereira Filho Pesquisador do Laboratório de Equipamentos Elétricos e Ópticos do IPT mleite@ipt.br Aresistividade elétrica pode ser de- finida como uma propriedade fí- sica do concreto que indica a resistên- cia ao fluxo de corrente elétrica de na- tureza iônica na solução aquosa (fase líquida do concreto) contida na sua rede de poros comunicantes: bolhas, interstícios e canais capilares. A total saturação do concreto é a condição ideal para esse fluxo. Em concreto não saturado, o fluxo ocorre por meio de filme de água adsorvida na superfície das paredes dos poros. O fluxo dessa corrente é intensificado pela presença de íons cloreto na solução aquosa e, ainda, pelo aumento de sua tempera- tura [Glass, 1991; Polder, 2001; Nagi; Whiting, 2004; Larsen, 2006]. Como discutido em outro artigo [Araujo; Panossian, 2013], a resistivi- dade elétrica do concreto controla a corrente elétrica estabelecida entre a área anódica (oxidação do metal) e a área catódica (redução do oxigênio) de corrosão da armadura. A intensi- dade dessa corrosão é maior quando a resistividade elétrica está baixa e há disponibilidade de oxigênio dissolvi- do na solução aquosa junto à arma- dura. Desse modo, a resistividade é reconhecida como parâmetro direta- mente relacionado com a probabili- dade e a intensidade de corrosão [Cox et al., 1997]. Na prática, a medida da Técnica de quatro eletrodos (método Wenner) Essa técnica consiste do posicio- namento de quatro eletrodos,alinha- dos e equidistantes um do outro, na superfície do concreto. Uma corrente elétrica é aplicada entre os dois ele- trodos externos, sendo medida a di- ferença de potencial estabelecida entre os dois eletrodos internos, con- forme ilustra a figura 1. Com esses parâmetros, é determinada a resis- tência elétrica da porção do concreto contido dentro de uma semiesfera de raio igual ao espaçamento entre os eletrodos, centrada no ponto médio entre os dois eletrodos internos.Com o valor obtido, calcula-se a resistivi- dade elétrica do concreto com as equações 1 e 2. Equação 1: R = ΔV/I Equação 2: ρ = 2π.R.a Onde: R = resistência elétrica em Ω ΔV = diferença de potencial em V I = corrente elétrica em A ρ = resistividade em Ω.cm a = espaçamento entre os eletrodos em cm Essa técnica é tradicionalmente aplicada em campo com uso de equipamento que realiza a medida resistividade é associada a outras téc- nicas de avaliação da estrutura, como a medida do potencial eletroquímico estabelecido no sistema armadura– concreto. Em geral, admite-se que a corrosão da armadura é certa e deve apresentar taxa elevada quando a re- sistividade elétrica do concreto está baixa e a medida do potencial indica a sua despassivação. A seguir, são apresentadas técnicas de medida da resistividade elétrica do concreto e feitas considerações quanto à realização do ensaio em campo. artigo Técnicas de medida da resistividade elétrica em estruturas atmosféricas de concreto convencional techneeducacao~
  2. 2. 4545 automaticamente, tendo-se 5 cm de espaçamento entre eletrodos [Pro- ceq, 2014]. Esse valor foi determina- do em estudos, sendo adequado para evitar que a presença de agregados graúdos no concreto interfira nas leituras [Millard; Gowers, 1991, 1992]. Nessa técnica, podem ser in- troduzidos erros de até 25%, o que é resultante de problemas de contato entre os eletrodos e o concreto e de- vido à heterogeneidade do concreto [Polde, 2001]. Nota-se que atual- mente há equipamento que automa- ticamente identifica falhas de conta- to dos eletrodos com a superfície do concreto, podendo assim ser mini- mizados os erros de leituras. Técnica de dois eletrodos Consiste na inserção total dos dois eletrodos em furos executados no concreto. Uma corrente elétrica é aplicada entre eles e medida a dife- rença de potencial (figura 2). Conhe- cendo-se esses parâmetros, é deter- minada a resistência e a resistividade elétrica do concreto com a aplicação da equação 3. Nessa técnica, podem ser introduzidos erros maiores do que a técnica de quatro eletrodos [Millard; Gowers, 1999]. Além disso, essa técnica exige o uso de gel con- dutivo nos furos, que deve ser aplica- do antes da introdução dos eletro- dos. Em contrapartida, a introdução dos eletrodos no concreto diminui a interferência na leitura decorrente da variabilidade de sua condição su- perficial. Em campo, usa-se também equipamento automatizado, com es- paçamento entre eletrodos de 5 cm [James Instrument, 2013]. Equação 3: ρ = 0,1π.R.a Onde: ρ = resistividade em Ω.cm R = resistência elétrica em Ω a = espaçamento entre os eletrodos em cm Técnica similar,também denomi- nada de técnica de um eletrodo, é a medição da corrente e do potencial entre a armadura, utilizada como um Figura 1 – Desenho esquemático da técnica de quatro eletrodos posicionados na superfície do concreto e sua realização em campo Figura 2 – Desenho esquemático da técnica de dois eletrodos introduzidos no concreto e sua realização em campo Eletrodo Linhas de corrente (A)Linhas de potencial (V) a a A V a Eletrodo a A V Fotos:divulgaçãodosautores
  3. 3. 46 Téchne 204 | março de 201446 Téchne 210 | SeTemBro de 2014 techneeducacao~ Artigo dos eletrodos, e um disco de 2 cm de diâmetro, posicionado sobre a super- fície do concreto (figura 3) [James Instrument, 2014]. Nessa técnica, a equação 4 é aplicada na determina- ção da resistividade do concreto, li- mitada à camada de cobrimento da armadura. A introdução de erros nas leituras é similar à de quatro eletro- dos [Feliu et al., 1996]. Equação 4: ρ = 2.R.D Onde: ρ = resistividade em Ω.cm R = resistência elétrica em Ω D = diâmetro do eletrodo em cm Medida da resistividade elétrica em campo A condição superficial do con- creto é um importante intervenien- te na realização das medidas. Para evitar que a sua variabilidade inter- fira significativamente nas leituras, deve-se evitar a realização do ensaio em períodos de intenso calor ou frio e quando a superfície do con- creto está muito úmida, como ocor- re em período de chuva e após a molhagem intencional da superfí- cie antes da realização do ensaio [Millard, 1991; Gowers; Millard, 1999; Polder, 2001]. Como exem- plo, cita-se que a presença de uma lâmina de um milímetro de água, com resistividade de 0,1 Ω.cm, sobre o concreto diminui o valor de sua resistividade (100 kΩ.cm) em quase 50% (45 kΩ.cm). Erro similar pode ocorrer quando a camada su- perficial do concreto está impreg- nada com íons cloreto de fonte ex- terna de contaminação [Millard; Gowers, 1991, 1992]. tabela 1 – CritÉrioS DE AVALiAÇÃo DA rESiStiViDADE ELÉtriCA Do CoNCrEto Valores de resistividade elétrica do concreto (kΩ.cm) Risco de corrosão González et al. [2004] Smith et al. [2004] Morris et al. [2002] Polder [2001], Cox et al. [1997], Broomfield et al. 1993 apud Broomfield [1997] Feliú et al. [1996] Browne; Geohegan apud CEB 192 [1989]; Browne [1982] Langford e Broomfield 1987 apud Broomfield [1997] < 20 < 8 < 10 _ < 10 < 5 < 5 Muito 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 A umidificação da superfície do concreto previamente à realização do ensaio pode ser necessária [Polder, 2001], especialmente quando há difi- culdade da obtenção de resultados. O ideal é somente umidificar a área de contato dos eletrodos com o concreto, o que em geral é feito com o uso de gel condutivo ou de esponja úmida na ex- tremidade dos eletrodos. Cita-se que atualmente há equipamentos que pos- suem pequenos recipientes com água acoplados aos eletrodos,o que limita a necessidade de constante umidifica- ção da esponja. Outro importante interveniente nas medidas é a ocorrência de reações químicas no concreto, como a preci- pitação de carbonato de cálcio decor- rente de sua reação com o dióxido de carbono presente na atmosfera. Esse fenômeno, denominado de carbona- Figura 3 – Desenho esquemático da técnica de dois eletrodos, sendo um deles a armadura, e sua realização em campo Eletrodo (disco) Linhas de corrente (A) Eletrodo (armadura)Linha de potencial (V) A V Fotocedidapelosautores
  4. 4. 4747 tação, aumenta a resistividade elétri- ca do concreto, introduzindo erros nas leituras, conforme o avanço de sua frente. No uso da técnica de qua- tro eletrodos, a carbonatação só não introduz erros significativos quando o valor de sua profundidade é,no má- ximo, 0,2 vezes o valor do espaça- mento entre eletrodos. Cabe mencio- nar que a umidificação prévia da su- perfície de concreto carbonatado deve ser evitada, pois resulta no au- mento do valor da resistividade da ordem de duas até dez vezes [Millard; Gowers, 1991]. As pesquisas [Millard; Gowers, 1991, 1992; Presuel-Moreno et al.,2013; Salehi, 2013] mostram que o posicionamento e a profundidade da armadura devem ser conhecidos previamente à realização do ensaio, pois esta pode introduzir grandes erros nas leituras. Com isso, as medi- das devem ser feitas em área livre de armadura, sendo recomendado o posicionamento dos eletrodos em paralelo às mesmas e, quando inevi- tável, no sentido perpendicular e centralizado a uma delas para o caso do uso da técnica de quatro eletro- dos. Estudos [Millard; Gowers, 1992, 1999] mostram que nessa técnica os erros são pouco significativos (menor que 10%) quando há um es- paçamento mínimo entre barras de 15 cm, tendo estas diâmetro menor ou igual a 4 cm e cobrimento maior ou igual a 2 cm. A medida sobre as armaduras só é válida quando a sua profundidade é maior, na ordem de duas a três vezes a de espaçamento entre eletrodos. Segundo estudo de Presuel-Moreno e colaboradores (2013), armadura em profundidade maior ou igual a 7,5 cm tem pouco efeito na medida para o mencionado espaçamento de 5 cm entre eletro- dos. No caso de uso da armadura como um dos eletrodos, a distância entre esta e o disco deve ser maior do que duas vezes o diâmetro deste disco [James Instrument, 2014]. Erros nas leituras também ocor- rem na proximidade de quinas e em elementos muito esbeltos. Para o uso da técnica de quatro eletrodos, reco- menda-se manter uma distância mí- nima das quinas de duas vezes o es- paçamento entre eletrodos. A di- mensão do elemento deve ser maior do que quatro vezes o espaçamento entre eletrodos [Millard; Gowers, 1992]. A figura 4 mostra desenho es- quemático de Gowers e Millard [1999] com parâmetros geométricos mínimos referentes ao uso da técni- ca de quatro eletrodos. Finalmente, recomenda-se que as medidas sejam feitas na parte ín- tegra da estrutura exposta à atmos- fera, sendo a quantidade e a localiza- ção das mesmas dependentes das informações desejadas e das caracte- rísticas do concreto e, ainda, das condições de exposição. No caso da presença de anomalias, medidas devem ser feitas em região próxima às mesmas, bem como de locais de extração de amostras, o que possibi- lita a posterior correlação de resulta- dos. As leituras devem ser repetidas no mínimo cinco vezes em uma mesma região. Isso é importante para verificar a variação e a reprodu- tibilidade das leituras [Polder, 2001; Nace SP0308, 2008]. Critérios de avaliação do risco de corrosão Os critérios foram definidos com base em estudos em laboratório e em campo, sendo sua grande maioria rea- lizada em concreto contaminado com íons cloreto. Nessas estruturas, é de grande valia o monitoramento da re- sistividade elétrica do concreto, pois a diminuição de seu valor ao longo do tempo indica o aumento do ingresso de água contaminada com cloretos e, deste modo, o aumento de risco de corrosão das armaduras. Atabela1apresentaalgunsdoscri- térios referenciados na literatura pes- quisada quanto à avaliação do risco de corrosãodasarmaduras.Dentreeles,o critérioapresentadoporPolder[2001] é o usualmente adotado pelos autores na avaliação de estruturas atmosféri- cas de concreto convencional. Em al- guns casos, é adotado o critério, mais conservador, de González e colabora- dores [2004]. Há possibilidade do critério de avaliação do risco de corrosão ser es- tabelecido na própria estrutura, por meio do seu monitoramento ao longo dos anos com a aplicação de uma das Figura 4 – Desenho esquemático com parâmetros geométricos mínimos recomendados na técnica de quatro eletrodos. Fonte: Gowers e Millard [1999] Camada de baixa resistividade Barra de aço a > 40 mm, a ≤ 2/3 c, a ≤ h/4, a ≤ b/4, a ≥ 8 t (camada superficial de baixa resistividade, devido ao umedecimento com água com ou sem contaminação com cloretos), a ≥ 5 t (no caso da camada de alta resistividade, devido à carbonatação do concreto), x (distância da quina) ≥ 2a e y (comprimento da peça) sem limite b h c a y x t
  5. 5. 48 Téchne 204 | março de 201448 Téchne 210 | SETEMBRO de 2014 techneeducacao~ artigo LEIA MAIS A New Method for in situ Measurement of Electrical Resistivity of Reinforced Concrete. Feliú, S. et al. Materials and Structures, v. 22, 1996. Considerations on Reproducibility of Potential and Corrosion Rate Measurements in Reinforced Concrete. González et al. Corrosion Science, v. 46, 2004. Corrosion and Protection of Metals in Contact with Concrete: Final Report (COST 509). Cox, R.N. et al. European Commission. EUR 17608, 1997. Corrosion of Reinforcing Steel Evaluated by Means of Concrete Resistivity Measurements. Morris et al. Corrosion Science.V. 44, 2002. Corrosion of Steel in Concrete: Understanding, Investigation and Repair. Broomfield, J.P., 1997 Diagnosis and Assessment of Concrete Structures: State of the Art Report (CEB 192), Comite Euro- International du Beton, 1989. Electrical Resistivity of Concrete. Part II: Influence of Moisture Content andTemperature. Larsen, C.K. et al. 2nd International Symposium onAdvances in ConcreteTrough Science and Engineering. 2006. Factors Affecting Steel Corrosion in Carbonated Mortars. Glass, G. K. et al. Corrosion Science, v. 32. 1991. Gecor-8-Manual. James Instruments. Disponível em: <http://www.ndtjames.com/ Gecor- 8-Manual-p/c-cs-8-manual.htm>. Acesso em jun 2014. Inspection Methods for Corrosion Evaluation of Conventionally Reinforced Concrete Structures. Nace SP0308, 2008. Measurement of Concrete Resistivity for Assessment of Corrosion Severity of Steel Using WennerTechnique. Gowers, K. R.; Millard, S. G.ACI Materials Journal, n. 96. 1999. Numerical Investigation of the Effects of Cracking and Embedded Reinforcement on Surface Concrete Resistivity Measurements Using Wenner Probe. Salehi, M. 2013 (Tese). Numerical Modeling of the Effects of Rebar Presence and/or Multilayered Concrete Resistivity on the Apparent Resistivity Measured via the Wenner Method. Presuel-Moreno, F. et al. Construction and Building Materials. v. 48, 2013. Ohmcorr Manual. James Instruments. Disponível em: <http://www.ndtjames.com/ SearchResults.asp?Extensive_ Search=Y&Search=RM+ 8000&Submit.x=34&Submit.y=8.> Acesso em: dez 2013. Operating Instructions. Proceq. Disponível em: <http:// concreteresistivity.com/ RESIPOD%20-%20OPERATING% 20INSTRUCTIONS.pdf>.Acesso em: jul 2014. Performance of Supplementary Cementitious Materials in Concrete Resistivity and Corrosion Monitoring Evaluations. Smith et al.ACI materials Journal, 2004. Reinforced Concrete Resistivity MeasurementTechniques. Millard, S.G. Proc. Inst. Civil Engineers, Part 2, v. 91, 1991. Resistividade Elétrica do Concreto na Avaliação do Risco de Corrosão nas Estruturas Atmosféricas. Araujo,A; Panossian, Z.Téchne 200, 2013. Resistivity Assessment of in-situ Concrete: the Influence of Conductive and Resistive Surface Layers. Millard S.G.; Gowers K.R. Structures and Buildings. 1992. Resistivity of Concrete: State of the Art. Nagi, M.; Whiting, D. Corrosion 2004. 2004. Test Methods for on-site Measurement of Resistivity of Concrete – RilemTC-154 Technical Recommendation. Polder, R. D. Construction and Building Materials, v. 15, 2001. The Influence of Surface Layers upon the Measurement of Concrete Resistivity. Millard S.G.; Gowers K.R.ACI SP- 126: 2nd Canmet/ACI International Conference on Durability of Concrete. 1991. técnicas mencionadas associada à do potencial eletroquímico de corrosão. Com o estabelecimento de processo corrosivo de armadura de parte dos elementos, pode ser determinada uma faixa indicativa de risco de cor- rosão. Tal faixa é uma referência va- liosa para a avaliação de outras partes preservadas da estrutura (armadura em estado passivo). Conclusões O valor da resistividade elétrica do concreto reflete a dificuldade do fluxo de corrente de natureza iônica inerente ao processo corrosivo da ar- madura. Sendo assim, é um parâme- tro importante na avaliação de risco de corrosão em estruturas de concre- to atmosféricas, especialmente da- quelas expostas ao ataque por íons cloreto. Normalmente, durante a ins- peção das estruturas, a medida de re- sistividade é associada com os resul- tados de ensaios eletroquímicos e de exame visual de armadura recém- -exposta e, ainda, de ensaios de ava- liação do concreto de cobrimento. Essa associação é necessária devido à interferência de diferentes fatores em sua determinação. A experiência em campo dos autores mostra que a me- dida da resistividade é dificultada, es- pecialmente pela concentração de armaduras, a maioria com baixo co- brimento, e condição superficial do concreto (carbonatação, umidade, porosidade etc.). Agradecimento HorácioOliveiraSantosJuniorpela execuçãodosdesenhos,AnaLúciaA.de Souza pela recuperação de artigos e Giovanni Tambelini (Proceq) por in- formações de novos equipamentos.
  6. 6. 4949

×