Corrosão das armaduras do betão armado: causas, consequências, prevenção e projeto de durabilidade

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Contribuição à previsão da vida útil das estruturas de concreto armado atacadas pela corrosão de armaduras : iniciação por cloretos

Atualmente observa-se que uma grande parte das estruturas de concreto armado estão apresentando problemas relacionados à corrosão das armaduras, principalmente aquela iniciada pelos íons cloreto. Nesse sentido, muitos estudos estão sendo realizados a fim de prever o tempo necessário para que os íons cloreto atinjam a armadura, iniciando assim a propagação do processo corrosivo. Existem alguns parâmetros relacionados ao concreto e ao meio ambiente que exercem uma grande influência na penetração de íons cloreto. Entre os fatores relacionados ao concreto, verifica-se que o coeficiente de difusão de cloretos, a concentração superficial de cloretos, a relação água/cimento, a espessura de cobrimento, a presença e a quantidade de adições são alguns parâmetros que interferem na vida útil de projeto das estruturas. Já em relação às condições ambientais, os principais fatores que afetam a vida útil são a umidade relativa e a temperatura de exposição. Assim, procurou-se avaliar o efeito de tais variáveis na vida útil das estruturas, considerando as mesmas como grandezas aleatórias, apresentando um determinado valor médio e um desvio-padrão característico. Essas variáveis aleatórias foram inseridas em alguns modelos matemáticos que são empregados para a previsão da vida útil das estruturas − 2ª Lei de Fick e os modelos propostos por UJI et al. (1990) e por MEJLBRO (1996). A partir daí, realizou-se uma análise de confiabilidade a partir de um método de simulação numérica (Simulação de Monte Carlo) a fim de se determinar a probabilidade de falha no tempo para concretos feitos com diferentes tipos de cimento e adições, quando inseridos em condições ambientais distintas A fim de contribuir no processo de previsão da vida útil das estruturas quando inseridas em ambientes contendo cloretos, foi desenvolvido um modelo matemático baseado na análise em Grupos Focalizados (ou Focus Groups). Algumas das principais características do modelo proposto são a lógica empregada no seu desenvolvimento e a grande facilidade de aplicação do mesmo. O comportamento do modelo se mostrou consistente com os resultados de investigações experimentais realizadas por outros pesquisadores, onde o mesmo foi aplicado em um estudo de caso para verificar a resposta em relação à penetração de cloretos em alguns pontos de uma estrutura de concreto armado inserida em área salina.

Contribuição ao estudo da corrosão de armaduras em concretos com adição de sílica ativa

Os crescentes problemas relacionados à durabilidade das estruturas de concreto armado, além dos elevados custos de manutenção e recuperação, têm incentivado os tecnologistas de concreto a buscarem alternativas para melhorar a qualidade do concreto e, conseqüentemente, aumentar a vida útil das estruturas. Nesse sentido, adições minerais como a sílica ativa, que é um subproduto das indústrias de processamento de ligas de sílicio, vêm sendo utilizadas, apresentando como resultado inúmeros benefícios às propriedades do concreto. Contudo, existem algumas questões ainda não esclarecidas em relação ao efeito da sílica ativa na corrosão das armaduras. Por outro lado, a sílica ativa, em função do reduzido tamanho e da elevada reatividade pozolânica, promove a densificação da matriz cimentante, proporcionando uma diminuição significativa da porosidade e permeabilidade da pasta de cimento, o que pode impedir ou retardar o ingresso dos agentes agressivos desencadeadores do processo corrosivo. Por outro lado, por reagir com ohidróxido de cálcio produzido na hidratação do cimento e diminuir a alcalinidade do concreto pode acelerar a despassivação da armadura Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da sílica ativa na corrosão da armadura desencadeada tanto por íons cloreto como por carbonatação, através da técnica de resistência de polarização, em concretos com relações água/aglomerante na faixa de 0,40 a 0,70 e teores de sílica ativa variando de 0% a 20%. Paralelamente, foi avaliada a influência da sílica ativa na absortividade, resistência à compressão, profundidade de carbonatação e no teor de cloretos. Os resultados indicaram que, no caso da corrosão desencadeada por carbonatação, o efeito da sílica ativa depende do teor utilizado. Até 10% de adição, a sílica ativa não altera a resistência à corrosão, podendo, ainda, apresentar um efeito favorável quando utilizada em teor inferior a esse limite, enquanto que para teores maiores que 10% aumenta o risco de corrosão da armadura por carbonatação do concreto. No entanto, com exceção da profundidade de carbonatação, independente do teor utlizado, a sílica ativa apresenta favorável influência na resistência à corrosão desencadeada por íons cloreto e nos demais parâmetros analisados.

Corrosão das armaduras não estruturais em elementos de betão armado

A corrente dissertação enquadra-se na temática da corrosão das armaduras mais concretamente nas armaduras mínimas, não estruturais e construtivas. É frequente encontrarmos sinais de degradação em estruturas e elementos de betão armado, maioritariamente causado pela corrosão das armaduras. Tais armaduras por vezes não têm solicitações estruturais, desta forma estuda-se a hipótese de as mesmas terem sido dispensadas no momento de conceção da estrutura ou do elemento. Tem-se em conta todos os fatores que podem influenciar a corrosão de forma a entender o seu comportamento, assim como o seu enquadramento legislativo. São inúmeras as causas de corrosão prematura das armaduras, como a elevada porosidade do betão, a utilização dos materiais errados de acordo com o ambiente, o recobrimento insuficiente, entre outros. Contudo o processo de corrosão é provocado apenas pela carbonatação e/ou cloretos existentes no betão que destrói a pelicula passiva das armaduras. Elaborou-se análises em casos mais usuais com degradação acentuada. Assim, apenas analisou-se casos onde a corrosão era visível, uma vez que a análise se baseou apenas na observação visual, e ignorou-se os restantes casos devido á incerteza da existência de corrosão, mesmo em ambientes agressivos. Em todos os casos teve-se em conta o comportamento químico e físico, do betão e das armaduras de forma a compreender as causas da degradação e suas consequências, assim como outros parâmetros como por exemplo a temperatura. Com base nos dois parágrafos anteriores, e com recurso ao levantamento fotográfico de alguns elementos e estruturas de betão armado, analisou-se neste trabalho 8 casos não estruturais e 2 casos estruturais referente à aplicação das armaduras.

Corrosão das armaduras não estruturais em elementos de betão armado

A corrente dissertação enquadra-se na temática da corrosão das armaduras mais concretamente nas armaduras mínimas, não estruturais e construtivas. É frequente encontrarmos sinais de degradação em estruturas e elementos de betão armado, maioritariamente causado pela corrosão das armaduras. Tais armaduras por vezes não têm solicitações estruturais, desta forma estuda-se a hipótese de as mesmas terem sido dispensadas no momento de conceção da estrutura ou do elemento. Tem-se em conta todos os fatores que podem influenciar a corrosão de forma a entender o seu comportamento, assim como o seu enquadramento legislativo. São inúmeras as causas de corrosão prematura das armaduras, como a elevada porosidade do betão, a utilização dos materiais errados de acordo com o ambiente, o recobrimento insuficiente, entre outros. Contudo o processo de corrosão é provocado apenas pela carbonatação e/ou cloretos existentes no betão que destrói a pelicula passiva das armaduras. Elaborou-se análises em casos mais usuais com degradação acentuada. Assim, apenas analisou-se casos onde a corrosão era visível, uma vez que a análise se baseou apenas na observação visual, e ignorou-se os restantes casos devido á incerteza da existência de corrosão, mesmo em ambientes agressivos. Em todos os casos teve-se em conta o comportamento químico e físico, do betão e das armaduras de forma a compreender as causas da degradação e suas consequências, assim como outros parâmetros como por exemplo a temperatura. Com base nos dois parágrafos anteriores, e com recurso ao levantamento fotográfico de alguns elementos e estruturas de betão armado, analisou-se neste trabalho 8 casos não estruturais e 2 casos estruturais referente à aplicação das armaduras.

Velocidade da corrosão do aço em argamassas cimentícias modificadas com polímeros

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Teor crítico de cloretos para iniciação da corrosão do aço no betão: influência do estado de superfície da armadura

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica - Processos Químicos

Estudo do processo de corrosão sob a ação de íons cloreto em concretos obtidos a partir de agregados reciclados de resíduos de construção e demolição

A reciclagem dos resíduos provenientes de atividades da indústria da construção civil está sendo uma prática de fundamental importância, tanto para o meio ambiente, quanto para a sociedade em geral. O entulho de construção civil que sai dos canteiros de obras, de demolição ou de restos de construção é constituído de uma mistura heterogênea de materiais com grande potencial de reciclagem. A composição dos resíduos de construção e demolição constitui-se numa alternativa para eliminar a nociva deposição de entulho às margens de vias públicas, terrenos baldios, rios, e ao mesmo tempo obter materiais de construção mais econômicos e de qualidade assegurada. Muitos estudos já foram desenvolvidos com estes materiais, sendo avaliados, na sua grande maioria, em propriedades mecânicas e viabilidade técnica da utilização desses resíduos incorporados ao concreto. Pouco se têm estudado sobre aspectos de durabilidade de concretos produzidos com agregados reciclados. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo fazer um estudo relacionado à durabilidade de concretos confeccionados a partir de agregados reciclados, analisando o comportamento do concreto quando submetido a um ataque de agentes agressivos, neste caso, os íons cloreto. O estudo apresenta resultados dos ensaios mecânicos de resistência à compressão axial, como parâmetro de controle dos concretos produzidos. Para os ensaios de durabilidade, são apresentados resultados do potencial de corrosão e taxa de corrosão nas armaduras dos concretos obtidos com estes agregados, submetidos a um ataque de íons cloreto. Na produção dos concretos foram consideradas três relações água/cimento (0,40; 0,60; 0,80) e três percentuais de substituição do agregado natural pelo reciclado, que foram de 0%, 50% e 100% de substituição, tanto do agregado miúdo reciclado (AMR) quanto do agregado graúdo reciclado (AGR). Os resultados comprovaram que há uma grande resistência por parte do concreto obtido com estes agregados, em permitir que a armadura sofra a ação dos íons cloreto, principalmente com aqueles obtidos com um maior percentual de substituição do agregado miúdo reciclado se comparado aos concretos produzidos sem substituição de material reciclado.

Estudo de inibidores de corrosão em concreto armado, visando a melhoria na sua durabilidade

This thesis has as objective presents a methodology to evaluate the behavior of the corrosion inhibitors sodium nitrite, sodium dichromate and sodium molybdate, as well as your mixture, the corrosion process for the built-in steel in the reinforced concrete, through different techniques electrochemical, as well as the mechanical properties of that concrete non conventional. The addition of the inhibitors was studied in the concrete in the proportions from 0.5 to 3.5 % regarding the cement mass, isolated or in the mixture, with concrete mixture proportions of 1.0:1.5:2.5 (cement, fine aggregate and coarse aggregate), superplasticizers 2.0 % and 0.40 water/cement ratio. In the modified concrete resistance rehearsals they were accomplished to the compression, consistence and the absorption of water, while to analyze the built-in steel in the concrete the rehearsals of polarization curves they were made. They were also execute, rehearsals of corrosion potential and polarization resistance with intention of diagnose the beginning of the corrosion of the armors inserted in body-of-proof submitted to an accelerated exhibition in immersion cycle and drying to the air. It was concluded, that among the studied inhibitors sodium nitrite , in the proportion of 2.0 % in relation to the mass of the cement, presented the best capacity of protection of the steel through all the studied techniques and that the methodology and the monitoring techniques used in this work, they were shown appropriate to evaluate the behavior and the efficiency of the inhibitors

Estudo de inibidores de corrosão em concreto armado, visando a melhoria na sua durabilidade

This thesis has as objective presents a methodology to evaluate the behavior of the corrosion inhibitors sodium nitrite, sodium dichromate and sodium molybdate, as well as your mixture, the corrosion process for the built-in steel in the reinforced concrete, through different techniques electrochemical, as well as the mechanical properties of that concrete non conventional. The addition of the inhibitors was studied in the concrete in the proportions from 0.5 to 3.5 % regarding the cement mass, isolated or in the mixture, with concrete mixture proportions of 1.0:1.5:2.5 (cement, fine aggregate and coarse aggregate), superplasticizers 2.0 % and 0.40 water/cement ratio. In the modified concrete resistance rehearsals they were accomplished to the compression, consistence and the absorption of water, while to analyze the built-in steel in the concrete the rehearsals of polarization curves they were made. They were also execute, rehearsals of corrosion potential and polarization resistance with intention of diagnose the beginning of the corrosion of the armors inserted in body-of-proof submitted to an accelerated exhibition in immersion cycle and drying to the air. It was concluded, that among the studied inhibitors sodium nitrite , in the proportion of 2.0 % in relation to the mass of the cement, presented the best capacity of protection of the steel through all the studied techniques and that the methodology and the monitoring techniques used in this work, they were shown appropriate to evaluate the behavior and the efficiency of the inhibitors

Avaliação do coeficiente de difusão de cloretos em concretos : influência do tipo de cimento, da relação a/c, da temperatura e do tempo de cura

É consenso mundial a importância de estudos sobre a penetração de cloretos nos concretos, devido ao caráter deletério destes íons quanto à corrosão das armaduras. Quando os íons cloretos ingressam no concreto em quantidade suficiente causam a despassivação e a corrosão das armaduras, conduzindo à diminuição da vida útil das estruturas. Os cloretos podem ser introduzidos no concreto de várias maneiras: como aditivo, pela contaminação da água ou da areia, ou podem ingressar provindos do meio externo. Os cloretos potencialmente agressivos geralmente penetram na estrutura dissolvidos em água, através dos mecanismos de penetração de água e transporte de íons, sendo um dos mecanismos que ocorrem com maior freqüência a difusão. Este mecanismo de penetração de íons cloretos nas estruturas de concreto armado é influenciado pela relação água/aglomerante, o tipo de cimento, a presença de adições, a cura, o tempo, a temperatura de exposição, dentre outros, e seus valores ainda podem ser utilizados em modelos matemáticos para previsão de vida útil. Assim, este trabalho objetiva avaliar o coeficiente de difusão de cloretos em concretos confeccionados com dois tipos diferentes de cimento (CP II F e CP IV), cinco distintas relações água/cimento (0,28, 0,35, 0,45, 0,60 e 0,75), cinco temperaturas de cura (5, 15, 25, 30 e 40°C) e cinco diferentes idades (7, 14, 28, 63 e 91 dias). Paralelamente foram realizados ensaios de resistência à compressão axial e penetração acelerada de cloretos. A metodologia utilizada permitiu avaliar e medir os coeficientes de difusão de cloretos nos concretos confeccionados, tendo sido observados que os coeficientes diminuem com a elevação da temperatura de cura e da idade, com o uso do cimento CP IV e com a redução da relação água/cimento.

Concreto de alto desempenho no estado do Pará : estudo de viabilidade técnica e econômica de produção de concreto de alto desempenho com os materiais disponíveis em Belém através do emprego de adições de sílica ativa e metacaulim

As construções de concreto no estado do Pará têm se deteriorado de maneira prematura, sendo a corrosão das armaduras o problema de maior incidência, apesar da região não se constituir em um ambiente de extrema agressividade, mesmo nas principais cidades. Uma das principais causas é a utilização de concretos com alta permeabilidade. Em Belém, capital do estado, os agregados empregados nas construções são areias extremamente finas e seixos friáveis, materiais que dificultam a produção de misturas de concreto com relações água/cimento reduzidas, em razão da elevada demanda de água que requerem. Apesar da escassez de agregados de boa qualidade, há grande disponibilidade no estado de materiais pozolânicos altamente reativos como a sílica ativa e o metacaulim, que podem viabilizar técnica e economicamente a produção de concretos de alto desempenho. Nessa pesquisa investiga-se a possibilidade do uso de concretos de alto desempenho com os materiais disponíveis no estado (cimentos e agregados), empregando adições de sílica ativa e metacaulim. A sílica ativa utilizada no trabalho é subproduto de uma indústria de produção de silício metálico e o metacaulim proveniente da calcinação do rejeito do processo de beneficiamento de uma industria de mineração de caulim. Os desempenhos das misturas com e sem pozolanas foram avaliados pela resistência à compressão, pela taxa de absorção de água por sucção capilar e pela penetração acelerada de íons cloretos (ASTM C 1202). O teores de adição estudados foram 5%, 10%, 15% e 20% de sílica ativa e 10% de metacaulim Os concretos com adições minerais apresentaram resultados de resistência à compressão significativamente superiores aos dos concretos sem adição para as misturas com baixo a moderado consumo de cimento (relações água/aglomerante elevadas). Com relação a taxa de absorção capilar e a carga elétrica passante, a incorporação das pozolanas reduziu significativamente a permeabilidade das misturas para todas as relações água/aglomerante estudadas. A resistência à compressão dos concretos com 10% de metacaulim foram similares a dos concreto com sílica ativa e as taxas de absorção capilar foram ligeiramente superiores, dando indícios da potencialidade do rejeito do beneficiamento do caulim como adição mineral altamente reativa A máxima resistência obtida foi de apenas 42MPa, apesar disso, os resultados desse estudo demonstraram que mesmo com resistências convencionais (fck entre 15 MPa e 20 MPa), é possível produzir misturas de concreto no Pará com durabilidade bastante superior às empregadas atualmente, através do uso de pozolanas altamente reativas como a sílica ativa e o metacaulim.

Análise comparativa de procedimentos para ensaios acelerados de carbonatação

A durabilidade das estruturas de concreto armado tem sido motivo de grande interesse nas pesquisas em construção civil, nos últimos anos. Dentre os problemas que mais afetam a durabilidade dessas estruturas, está a corrosão de armaduras. O concreto que envolve o aço, proporciona-lhe uma barreira física, através do cobrimento, e uma proteção química, gerada pela elevada alcalinidade do concreto, formando uma película passivadora em torno do aço. Uma das formas de romper essa película passivadora, é através da diminuição da alcalinidade do concreto, por reações físico-químicas entre o dióxido de carbono (CO2) da atmosfera, com os produtos da hidratação do cimento, caracterizando a carbonatação. Esse fenômeno em si, não é prejudicial ao concreto armado, mas propicia condições para a corrosão da armadura. Em função do tempo que as estruturas levam para carbonatarem naturalmente, são utilizados ensaios acelerados para conhecer seu comportamento. Esses ensaios não são padronizados, o que muitas vezes dificulta, e até mesmo impede a comparação entre as diversas pesquisas. Nesse sentido, esse trabalho faz uma análise comparativa de alguns procedimentos e fatores envolvidos nos ensaios de carbonatação acelerada. Para tanto, foram empregadas argamassas, que foram preparadas com dois tempos de cura submersa (7 e 28 dias), dois tipos de cimento (CPI-S e CPIV), três relações água/cimento (0,40, 0,55 e 0,70), dois tipos de secagem (em sala climatizada e em estufa, pelas recomendações da RILEM), dois tempos de secagem (o mesmo período para todas as amostras, e diferentes períodos para cada traço) e, dois percentuais de dióxido de carbono (6% e câmara saturada de CO2). Os resultados da análise estatística, indicaram que os fatores mais significativos foram o percentual de CO2 e a relação água/cimento As amostras carbonatadas em câmara saturada de CO2 apresentaram um comportamento distinto daquelas carbonatadas a 6%, além de atingirem profundidades de carbonatação inferiores. A secagem que segue as recomendações da RILEM, propiciou condições para profundidades de carbonatação maiores. O tipo de cimento e o tipo de secagem apresentaram uma significância intermediária na profundidade de carbonatação, quando comparados aos demais fatores. O tempo de cura submersa e o tempo de secagem, influenciaram muito pouco na carbonatação.

Influência da substituição de areia natural por pó de pedra no comportamento mecânico, microestrutural e eletroquímico de concretos

The construction industry is one of the largest consumers of natural raw materials, and concrete is considered today the most used material wide. This accentuated consumption of natural resources has generated concern with the preservation of the environment, and has motivated various studies related to the use of resid ues, which can partially or entirely substitute, with satisfactory performance, some materials such as the aggregate, and in so doing, decrease the impact on the environment caused by the produced residues. Research has been done to better understand and improve the microstructure of concrete, as well as to understand the mechanism of corrosion in reinforced steel. In this context, this work was developed aiming at discovering the influence of the substitution of natural sand by artificial sand, with rega rd to mechanical resistance, microstructure, and durability. To obtain the electrochemical parameters, an adaptation was made to the galvanostatic electrochemical method to study the corrosion in reinforced steel. Concretes of categories 20 MPa and 40 MPa were produced, containing natural sand, and concretes of the same categories were produced with artificial sand substituting the natural sand, and with the addition of sodium nitrate and sodium chloride. Due to the use of rock dust reject (artificial sand), an evaluation was made of its environmental risk. The results indicate that the concretes of category 20 MPa present a better performance than the concrete made with natural sand, thus making it a viable substitute. For the category 40 MPa, the better performance is from the concrete containing natural sand. The adaptation of the galvanostatic electrochemical technique to the study of the corrosion of reinforced steel within concrete proved to be valid for obtaining electrochemical parameters with a high degree of reliability, considering the number of degrees of freedom

Identificação das condições gerais de conservação dos reservatórios integrantes do sistema de abastecimento de água de Natal

Infrastructure works are included in strategic areas for the social development. For that matter that all of the investments are very important for the social development. When the population has enough water and an acceptable quality, and it includes a wastewater gathering and its treatment, the whole society became less susceptible to the water diseases. Even the Water Supply and the Sewage depend for its perfect operation of reservoirs, or of the accumulation of water to provide the popular necessity, either due to retention or for the treatment wastewarer. These structures present very specific environmental conditions, because the microclimate created around them, like high environmental humidity and for the existence of many harmful substances for the concrete, such as chloride ions presents in water. The reservoir that compose the System of Water Supply of Natal were built between 1970s and 1980s, a period whom the technical and scientific community did not have in-depth studies about the reinforced concrete mechanism of deterioration. Therefore, these reservoirs have been suffered accelerated deterioration progress, and they have been shown many pathological manifestations strikingly visible. In front of all these problems this academic work aims to identify the generally conditions of conservation of all the reservoirs components of the Water Supply System of Natal. This academic work objectives to develop a recuperation plan for use in these reservoirs, in this academic work it was achieved all the survey of pathological manifestation existing in each reservoir. It was made with local visits, photographic recorders of all manifestations viii and realization of in loco tests. The other step consisted in a application of GDE/UnB metodolgy reformulated by Fonseca (2007). In the step of local visits in each reservoir it was evaluated carbonation depth, by spreading a phenolphthalein solution with 1% of concentration; evaluation of contamination of chlorides, by spreading silver nitrate solution with 1% of concentration, and evaluation of width cracks. After the conclusion of all the testings, it was established that all reservoir, studied in this academic work, have showed an advanced deteriorating condition. It´s presents prevalent pathological manifestations as unacceptable cracks, spots, efflorescence and reinforcement corrosion, and in some cases, chlorides contamination. After the conclusion of the testings and its concatenation it was able to implementing, using GDE/UnB methodology, the order of the restoration its service life and initial safety conditions