Corrosão: Estudo de caso sobre ruptura do concreto

ARTIGO ORIGINAL

ALVES, Júlio César de Castro ^[1], CARVALHO, Leonardo Gomes de Sá ^[2]

ALVES, Júlio César de Castro. CARVALHO, Leonardo Gomes de Sá e. Corrosão: Estudo de caso sobre ruptura do concreto. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 04, Ed. 10, Vol. 04, pp. 16-28. Outubro de 2019. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/corrosao

RESUMO

A corrosão nunca deixou de ser um assunto preocupante e atual, portanto, o presente artigo traz uma revisão da literatura e aborda tópicos relevantes que possibilitaram a identificação do tipo de patologia que causam a ruptura do concreto. Realizou-se uma vistoria ao viaduto João Leite, localizado na Av. Ubirajara Berocan Leite com a BR-153, Setor Jaó, Goiânia-GO, onde foram feitos registros fotográficos da obra, bem como inspeção visual e anotações consideradas importantes que pudessem contribuir para levantar um diagnóstico ao estudo de caso em questão. Constata-se que houve ocorrência de carbonatação na estrutura analisada, decorrente da redução da alcalinidade nas superfícies expostas do concreto, o que favoreceu o processo de corrosão.

Palavras chave: manifestação patológica, armadura, deterioração do aço.

1. INTRODUÇÃO

A deterioração do aço no concreto é um tipo de desgaste que habita diariamente as paredes das construções e é também o que torna esta problemática um grande risco para as construções atuais. A corrosão parece ser um fenômeno difuso que causa a destruição generalizada de todos os tipos de estruturas em todos os países, passando a ser chamado de “Câncer para concreto”. [7]

Este trabalho tem como objetivo fazer um levantamento do tipo de patologia que levou a ruptura do concreto.

2. CORROSÃO

É a degradação e perda de um material e suas propriedades críticas, devido a reações químicas e eletroquímicas do material exposto com o meio ambiente.

Ou ainda, pode-se definir como sendo a destruição gradual de materiais (geralmente metais) por reação química e / ou eletroquímica com o meio ambiente. [6]

2.1 PROCESSO DE CORROSÃO

O processo de corrosão das armaduras de concreto é considerado uma reação eletroquímica que se passa geralmente na superfície que separa o metal e o meio corrosivo. Para que ocorra a corrosão da armadura no interior do concreto há quatro condições.

A primeira condição é o desaparecimento da película de óxidos que protege a armadura.

A segunda é o aparecimento de uma diferença de potencial entre dois pontos aleatórios da armadura, que pode ser gerada pela diferença de umidade, aeração, concentração salina, tensão do concreto e/ou do aço, impurezas do metal, heterogeneidades inerentes ao concreto, presença de íons ou carbonatação.

A terceira condição é a presença de um eletrólito, o qual será responsável por conduzir os íons, promovendo assim uma corrente de natureza iônica. O eletrólito também terá a responsabilidade de dissolver o oxigênio. O eletrólito no concreto pode ser constituído pela solução intercelular aquosa que contém íons em solução.

A quarta condição é a presença de oxigênio dissolvido na água presente nos poros do concreto. Este oxigênio terá como função regular todas as reações de corrosão. [3]

A corrosão da armadura no concreto, esquematizada na Figura 1, mostra como a armadura funciona como eletrólito misto, onde ocorrem reações anódicas e catódicas, e a solução contida nos poros do concreto é o eletrólito. [3]

Figura 1 – Representação de uma pilha de corrosão em um mesmo metal. [3]

O fenômeno que precede a formação da pilha eletroquímica é denominado carbonatação do concreto e avança no concreto, da superfície para seu interior ao longo dos anos, em maior ou menor velocidade conforme as condições de porosidade, umidade, temperatura e presença de substâncias agressivas – como o CO2 – na atmosfera.

Todo o aço no interior do concreto encontra-se inicialmente protegido por uma camada (filme) de óxidos aderidos ao aço – originadas pela dissolução de hidróxidos presentes no cimento que saturam os poros do concreto conferindo-lhe um pH entre 13 e 14 -, que o protege da corrosão. A este fenômeno dá-se a denominação de passivação do aço.

O fenômeno contrário, a despassivação do aço é a ação responsável pelo fenômeno da corrosão das armaduras, e inicia-se com a presença de gás carbônico (CO2) na atmosfera circundante à estrutura. [3] [4] [5]

2.2 TIPOS DE CORROSÃO

A corrosão pode ser classificada como generalizada e localizada. Na corrosão generalizada, o desgaste do material pode ocorrer de forma mais ou menos uniforme, contudo, se processa em extensas áreas do metal. Na corrosão localizada, o desgaste se processa em uma superfície limitada e, usualmente, tende a se aprofundar de modo mais rápido do que em um processo de corrosão generalizada.

Essas expressões da corrosão podem sofrer algumas variações morfológicas capazes de assumir outras formas, aparência superficial uniforme ou irregular, com a formação de pites ou com a formação de fissuras, conforme expõe a Figura 2. [2]

Figura 2 – Tipos de corrosão.[2]

Na corrosão generalizada, o ataque é produzido em uma grande superfície do metal, na qual existem inúmeros ânodos e cátodos, formando micropilhas que mudam a todo tempo. Nesse caso, a perda de seção pode ser uniforme ou irregular. [2]

A corrosão localizada trata-se de um ataque intermediário entre a corrosão uniforme e a corrosão por pites. O ataque se produz em zonas mais ou menos extensas do material, as quais, por diferentes razões, são anódicas em relação às demais. Um dos motivos para que isso ocorra pode ser a mudança ou heterogeneidade de composição química do material ou do eletrólito que o circunda. [2]

Na corrosão por pites, o ataque se produz em zonas discretas do material, as quais são mais ativas do que o resto da superfície. É comum no caso da ação de contaminantes que têm a propriedade de romper a capa passiva em pontos específicos, como é o caso dos cloretos. [2]

A corrosão com formação de fissuras ocorre quando, além das condições propícias para a corrosão, o metal se encontra submetido a tensões importantes de tração. Nesse caso, surgem fissuras no material que se propagam na direção transversal à carga, produzindo rupturas com níveis baixos de tensão. [2]

3. PRINCIPAIS CAUSAS DA CORROSÃO

Segundo as literaturas utilizadas, os principais fatores que provocam a corrosão das armaduras são pelo meio aquoso, por danos salinos e pela carbonatação.[8] [1]

A corrosão pelo meio aquoso conduz à formação de óxidos e hidróxidos de ferro, de cor avermelhada, pulverulentos e porosos, chamados ferrugem e só ocorrem nas seguintes condições: existência de um eletrólito, diferença de potencial e presença de oxigênio. [14]

Em praticamente todos os casos de corrosão aquosa, a reação é essencialmente de natureza eletroquímica. Isto significa que há fluxo de eletricidade de algumas áreas do metal para outras por meio da solução aquosa, capaz de conduzir eletricidade. [12]

O processo de degradação devido ao dano salino pode ser dividido em quatro estágios. Primeiro o período latente, quando a quantidade de íon cloreto, na posição de embaçamento do material de aço, atinge 1,2 kg/m³. Em seguida o período de progressão, no início da corrosão do material de aço até a ocorrência de rachaduras por corrosão. Depois o período de aceleração, quando a taxa de corrosão aumenta gradativamente. Por fim, a deterioração, quando a capacidade de carga cai notavelmente, devido ao aumento da quantidade de corrosão. [12]

A carbonatação do concreto acontece com a redução da alcalinidade nas superfícies expostas do concreto, através da ação do gás carbônico (CO2) presente no ar e outros gases ácidos como dióxido de enxofre (SO2) e ácido sulfídrico (H2S). Esta característica pode ser explicada pela hidratação crescente do cimento, além do carbonato de cálcio (CaCO3), próprio produto da reação de carbonatação que preenche os poros superficiais dificultando o acesso do gás carbônico presente no ar, no interior do concreto. Geralmente, a carbonatação é uma condição fundamental para o início da corrosão das armaduras. A carbonatação acontece de fora para dentro no concreto. Quando alcança as armaduras, provoca desestabilização da camada passiva protetora, iniciando assim, o processo de corrosão do aço. [1]

A carbonatação é dependente de fatores como: técnicas construtivas, transporte, lançamento, adensamento e cura do concreto, condições ambientais: (atmosferas rurais, industriais ou urbanas), tipo de cimento, umidade do ambiente, e muito maior quanto maior for a relação água cimento. [15] [2] [13]

4. MATERIAIS E MÉTODOS

Realizou-se uma vistoria ao viaduto João Leite, localizado na Av. Ubirajara Berocan Leite com a BR-153, Setor Jaó, Goiânia-GO.

Foram feitos registros fotográficos da obra, bem como inspeção visual e anotações consideradas relevantes que pudessem contribuir para levantar um diagnóstico ao estudo de caso em questão. Os dados foram confrontados com outros estudos sobre corrosão e posteriormente analisados de acordo com as literaturas que abordam sobre esse assunto.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Foi constatado manifestação patológica na estrutura de concreto armado da obra visitada e diagnosticada como corrosão na armadura. Conforme as figuras 3 e 4 é possível observar defeitos no elemento estrutural, o início da corrosão na armadura resultante da expansão do aço, que gerou a ruptura do cobrimento. Esta expansão do aço cria tensões internas no concreto que levam ao surgimento de manchas superficiais, fissuras e ruptura entre o concreto e a armadura podendo levar à instabilidade e ao colapso.

Figura 3 – Fissura e armadura exposta pelo desplacamento do concreto.

Figura 4 – Fissuras em parte do trecho lateral da passarela do viaduto.

Com o início da fissuração, observa-se a situação da estrutura com a armadura exposta em contato com o ambiente, ou seja, já não existe a proteção física proporcionada pelo cobrimento.

Os primeiros sinais externos de corrosão é a quebra da superfície do concreto ao longo da linha do aço, e à medida que a corrosão avança o concreto se dispersa completamente, entretanto, nem sempre o problema se encontra em toda a barra e sim em alguns trechos da armadura.

Verificou-se que houve ocorrência de carbonatação na estrutura analisada, decorrente da redução da alcalinidade nas superfícies expostas do concreto e que facilitou para que fosse iniciado o processo de corrosão.

Existem inúmeros trabalhos realizados que estudam a corrosão das armaduras das estruturas de concreto, levando em consideração apenas características próprias do concreto, tais como a presença de contaminantes, espessura de cobrimento e porosidade do concreto.

6. CONCLUSÃO

A falta de manutenção na estrutura intensificou o surgimento de manifestações patológicas, onde a corrosão da armadura foi a que mais se destacou, lembrando que o processo corrosivo é evolutivo e tende a aumentar com o tempo.

O meio ambiente, a qualidade e o cobrimento do concreto também influenciam na intensidade da corrosão. É de fundamental importância a avaliação do comprometimento da armadura, assim como as causas e agentes responsáveis.

Vale ressaltar que essas manifestações poderiam ser minimizadas se houvesse um plano de prevenção e manutenção das estruturas.

7. REFERÊNCIAS

[1]- CASCUDO, O. O controle da corrosão de armaduras em concreto: Inspeção e técnicas eletroquímicas. São Paulo: PINI, 1997.

[2]- FELIU, S. Principios de corrosión electroquímica y tipos de ataque. In: FERNÁNDEZ, J. A. G. (Ed.). Teoría y práctica de la lucha contra la corrosión. Madrid: CSIC, p.10 – 44, 1984.

[3]- FIGUEIREDO, E. J. P. Corrosão das Armaduras das Estruturas de Concreto. Concreto: Ciência e Tecnologia. Cap. 25. Ibracon. 2011.

[4]- FIGUEIREDO, E P; HELENE, Paulo R. L. Assim caminha a corrosão. Techne, São Paulo, v. 2 , n. mai./ju 1994, p. 28-33, 1994.

[5]- FRANCO, A.P.G. Corrosão de armadura em estruturas de concreto armado devido ao ataque de íons cloreto. Caruaru: FAVIP, 2011. 42p.

[6]- GENTIL, Vicente. Corrosão. Rio de Janeiro, Editora LTC, 2007.

[7]- HELENE, P. R. L. Corrosão em Armaduras de Concreto Armado. 1ª edição. São Paulo: Ed. PINI, 1986. 46p.

[8]- HELENE, Paulo et al. Corrosão em Estruturas de Concreto Armado: Teoria, Controle e Métodos de Análise. Rio de Janeiro: Elsevier, 2014.

[9]-http://www.ecivilnet.com/artigos/corrosao_de_armaduras.htm. (Acesso em: 30 set. 2018).

[10]-https://theconstructor.org/concrete/corrosion-steel-reinforcement-concrete/6179/

[11]- R.P. A corrosão do aço em concreto: influência do pH e do potencial de eltrodo. Rio de Janeiro: 1986. 112p. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal do Rio de Janeiro. Resumo.

[12]- PAGOTTO, J. F. Métodos de Proteção Contra a Corrosão de Ligas Metálicas. 2013. 173 f.

[13]- TUUTI, K. Corrosion of steel in concrete. Stockholm, Swedish Cement and Concrete. Research Institute, 1982.

[14]- RÜSCH, H. Researches toward a general flexural theory for structural concrete. Journal of the American Concrete Institute, Detroit, v. 57, p. 1-28, jul. 1960.

[15]- BAKKER, R.F.M. Corrosion of steel in concrete. London, Chapman and Hall, 1988. cap.3,p.22-55.

^[1] Licenciatura em Português / Inglês (Letras); Tecnólogo em Planejamento e Construções de Edifícios.

^[2] Mestrado em Engenharia Civil; Especialização em Avaliação e Pericia de Imoveis; Graduação em Engenharia Civil.

Enviado: Setembro, 2019.

Aprovado: Outubro, 2019.