Corrosão em armaduras para concreto armado

JOÃO MARCOS SANCHES PEREIRA
LETICIA NASCIMENTO DA SILVA
MAYARA GOMES OLIVEIRA
REGILANY DA SILVA FERREIRA
STEVENS WILLIANS MIRANDA DO AMARAL

Várias são as vezes em que o profissional de engenharia civil se vê diante de um problema de corrosão de armaduras nas estruturas de concreto armado.
Como as variáveis que intervêm no processo têm origem em diferentes fontes, em muitas situações não é fácil, nem rápido, justificar e explicar o porquê de uma estrutura corroída, quando tantas outras em tudo semelhantes e similares não apresentaram problema.
A justificativa mais cômoda, em geral, é atribuir o fato à falta de cobrimento adequado de concreto, tomando-se como referência as recomendações de normas e regulamentos oficiais NBR-6118 (NB-1). Essas recomendações são, no entanto, de caráter geral e não devem ser tomadas como únicas nem como as melhores para todas as situações. Isso poderia, por exemplo, inviabilizar alguns processos construtivos que só são possíveis, técnica e comercialmente, utilizando-se cobrimentos inferiores aos atualmente recomendados pela NBR-6118.
Para essas recomendações inicia-se analisando simplificadamente o mecanismo da corrosão e algumas propriedades básicas dos concretos, fornecendo as ferramentas necessárias à interpretação dos fenômenos e ao entendimento da patologia das estruturas de concreto armado.

MECANISMOS DA CORROSÃO DE ARMADURAS
Basicamente são dois os processos de corrosão que sofrem as armaduras de aço em concreto armado, a oxidação e a corrosão. A oxidação é o ataque resultante da reação gás-metal, o processo é lento à temperatura ambiente e só provocam deterioração substancial das superfícies metálicas se existirem gases extremamente agressivos. Este fenômeno pode ocorrer durante a fabricação de fios e barras de aço. Ao sair da temperatura de 900°C o aço experimenta forte reação de oxidação. A superfície que se forma é compacta, uniforme e pouco permeável, esta película deve ser removida por processo físico ou químico antes do aço sofrer trefilação a frio. Corrosão é o ataque eletroquímico que ocorre em meio aquoso, com a corrosão é formada uma película sobre a superfície dos fios e barras de aço que é causada pela presença de umidade no concreto, há exceções como em estufas com temperaturas acima de 80°C e em ambiente de baixa umidade, esse é o tipo de corrosão que o engenheiro civil deve conhecer e com a qual deve se preocupar. A corrosão do aço no concreto é eletroquímico, como em qualquer outra célula, há um anodo, um catodo, condutor metálico e eletrólito. Com a diferença das zonas anódicas e catódicas surgem o aparecimento de corrente elétrica. A água sempre está presente no concreto e geralmente com quantidade suficiente para atuar como um eletrólito.
Como referência temos os teores de umidade de equilíbrio, a 25°C em relação a umidade relativa do ambiente.
para U.R. = 40% teor de umidade de equilíbrio 3% ( 70 litros de água/m³);
para U.R. = 65% teor de umidade de equilíbrio 4% ( 95 litros de água/m³);
para U.R. = 95% teor de umidade de equilíbrio 8% ( 190 litros de água/m³).
Deve sempre existir uma diferença de potencial, qualquer diferença de potencial que se produza entre dois pontos da barra, por diferença de umidade, aeração, concentração salina, tensão no concreto e no aço, é capaz de desencadear cadeias de pilhas em série. Quando os anodos são de dimensões reduzidas e estáveis, produzem a chamada corrosão localizada, intensa e perigosa.
A corrosão localizada é rara em concreto armado, sendo mais frequente em fios e cordoalhas para concreto protendido, podendo ser chamado em alguns casos de corrosão sob tensão cuja principal característica é romper sem prévio aviso.
É necessário oxigênio para a formação de ferrugem, além do eletrólito, reagindo:

O processo de reação é em geral mais complexo, uma gama de óxidos e hidróxidos de ferro resultantes das etapas:
nas zonas anódicas, o ferro perde elétrons, ocasionando a dissolução do metal:

nas zonas catódicas, em meios neutros e aerados, ocorre:

A corrosão pode ser acelerada por agentes agressivos como os íons sulfetos, os íons cloretos, dióxidos de carbono, os nitritos, gás sulfúrico, cátion amônio, óxidos de enxofre, etc.
A partir do momento em que a armadura é exposta à atmosfera, por lascamento e fissuração do concreto, pode também passar a sofrer a ação do íon sulfato.
Pode-se definir corrosão como a interação destrutiva de um material com o ambiente, seja por reação química ou eletroquímica. Basicamente são dois os processos principais de corrosão que podem sofrer as armaduras de aço para concreto armado, a oxidação e a corrosão propriamente dita.
Por oxidação intende-se o ataque que provocado por uma reação gás-metal, com formação de uma película de óxido. Este tipo de corrosão e extremamente lento à temperatura ambiente e não provoca deterioração substancial das superfícies metálicas.
Por corrosão propriamente dita entende-se o ataque da natureza preponderantemente eletroquímica, que ocorre em meio aquoso. A corrosão acontece quando é formada uma película de eletrólito sobre a superfície dos ou barras de aço. Esta película é causada pela presença de umidade no concreto.
Corrosão em meio aquoso: O mecanismo de corrosão do aço no concreto é eletroquímico ele conduz a formação de óxidos/hidróxidos de ferro, produtos da corrosão avermelhados, pulverulentos e porosos, denominados ferrugem, e só ocorre nas seguintes condições:
Deve existir um eletrólito;
Deve existir uma diferença de potencial;
Deve existir diferença de potencial;
Podem existir agentes agressivos.
Qualquer diferença de potencial que se produza entre dois pontos da barra, por diferença de umidade, aeração, concentração salina, tensão do concreto e no aço, é capaz de desencadear pilhas ou cadeias de pilhas conectadas em série. Na maioria das vezes, formam-se micro pilhas que podem até mesmo alterar da posição os polos, ocasionando a corrosão generalizada.
Uma das grandes vantagens do concreto armado é que ele pode, por natureza e desde que bem executado, proteger a armadura da corrosão. Um bom cobrimento das armaduras, com um concreto da alta compacidade, sem “ninhos”, com teor de argamassa adequado e homogêneo, garante, por impermeabilidade, a proteção do aço ao ataque dos agentes agressivos externos.
Esses agentes podem estar contidos na atmosfera, em águas residuais, águas do mar, água industriais, dejetos orgânicos, etc.
Nas regiões em que o concreto não é adequado, ou não recobre, ou recobre deficientemente a armadura, a corrosão trona-se progressiva com conseguinte formação de óxi-hidroxidos de ferro, que passam a copar volumes de 3 a 10 vezes superior ao volume de aço da armadura, podendo causar pressões superiores a 15 Mpa.
Essas tensões provocam, inicialmente, a fissuração do concreto na direção paralela à armadura corroída, o que favorece a carbonatação e a penetração de , e agentes agressivos, podendo causar o lascamento do concreto.
Essa fissuração acompanha, em geral, a direção da armadura principal e mais raramente a direção dos estribos, a não ser que estes estejam à superfície.
Na maioria das vezes, aparecem manchas marrom-avermelhadas na superfície do concreto e bordas das fissuras. São nesses componentes estruturais que se nota, em geral, mais rapidamente, o início da corrosão: em pilares e vigas, o primeiro indício, geralmente, não é dado pela armadura principal, mas sim pelos estribos, que por vezes se apoiam diretamente sobre as formas, sem cobrimento suficiente.
A diferença de tensão entre pontos da armadura pode ter origem em várias causas tais como:
Solicitações mecânicas distintas no aço e no concreto de regiões próximas ao mesmo componente estrutural;
Diferenças na composição química e superfície do aço;
Diferenças de aeração devidas à maior ou menor compacidade e qualidade do concreto.
Nem sempre essas descontinuidades são suficientes para acarretar corrosão. Em geral não produzem corrosão diretamente, mas contribuem para aumentar o risco de corrosão ou favorecer a aceleração de uma corrosão já iniciada.
Nas superfícies expostas das estruturas de concreto, a alta alcalinidade, obtida principalmente à custas da presença de hidróxido de cálcio liberado das reações de hidratação, pode ser reduzida com o tempo. Esse processo é denominado de carbonatação do concreto e ocorre lentamente, sendo portanto, um fenômeno ligado à composição ideal do concreto, de modo a reduzir o risco e a velocidade de carbonatação.
A carbonatação superficial dos concretos é variável de acordo com a natureza e o meio ambiente e com técnicas construtivas de transporte, lançamento adensamento, cura, etc. Como consequência profundidade é de difícil previsão e também variável dentro de amplos limites.
CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO
Permeabilidade do Concreto
Permeabilidade à água
A permeabilidade do concreto de cobrimento para misturas preparadas com agregados densos, corretamente lançadas e adensadas, de modo a estarem praticamente isentas de ar aprisionado – salvo a existência de fissuras ou juntas permeáveis de construção – é fortemente determinada pela permeabilidade da pasta de cimento (RILEM,1976).
Os concretos podem ser classificados quanto à sua impermeabilidade à água, em bons, normais e deficientes.
Permeabilidade aos Gases
A permeabilidade aos gases de boas argamassas e concretos é tão baixa, que são raras as determinações precisa dessa propriedade. Sob iguais gradientes de pressão, o oxigênio deve penetrar através do concreto mais rapidamente que o , vapor de H2O ou água, devido às suas características moleculares, mas dificilmente os gradientes de pressão são elevados (RILEM,1976).
Absorção de Água
A absorção de água do concreto é um dos fatores mais difíceis de serem controlados. Em princípio, quanto menor for o diâmetro dos capilares, maior as pressões capilares e consequentemente, maior e mais rápida a absorção de água.
Fissuração do Concreto
Segundo o item 4.2.2 da NBR-6118, referente a estados de fissuração inaceitáveis, as estruturas devem ser dimensionadas para não gerarem aberturas de fissuras na superfície do concreto, superiores a
0,1 mm para peças não-protegidas, em meio agressivo;
0,2 mm para peças não-protegidas em meio não-agressivo;
0,3 mm para peças protegidas.
Essa norma não esclarece precisamente o que são peças protegidas – se da ação direta da intempérie através de rebocos e revestimentos impermeáveis – e peças não protegidas. Outra dificuldade refere-se ao problema da medida dessas fissuras, pois além da vista humana praticamente não distinguir uma fissura menor que 0,1 mm, as fissuras são irregulares e de aberturas variáveis.
Resistividade do Concreto
O concreto úmido comporta-se como um semicondutor com resistividade da ordem 10² Ωm, enquanto que seco em estufa pode ser considerado isolante elétrico com resistividade da ordem de Ωm (NEVILLE, 1979).
Pode-se concluir que a corrente elétrica no concreto movimenta-se através de um processo eletrolítico, ou seja, quanto maior a atividade da ordem iônica do eletrólito, menor a resistividade do concreto. Portanto, a um aumento da relação água/cimento, a um aumento da umidade relativa ambiente e da eventual presença de íons, tais como , , etc., deverá corresponder a uma diminuição da resistividade do concreto.
Elementos Agressivos Incorporados ao Concreto
É usual na maioria das vezes por absoluto desconhecimento dos técnico envolvidos, a incorporação de elementos agressivos durante o próprio preparo do concreto.
O agente agressivo mais comum é o cloreto (íon ) que pode ser adicionado involuntariamente ao concreto, a partir de aditivos aceleradores de endurecimento, agregados e águas contaminadas ou até a partir de tratamentos de limpeza (como, por exemplo, o ácido muriático).
Influência do Meio Ambiente
Entre os principais tipos de meios ambientes caracterizados através de tipos de atmosfera, onde se localiza a estrutura de concreto, pode-se ter as atmosferas rural, urbana, marinha, industrial e viciada, como descreve-se a seguir (WEXLER et alii,1976).
Atmosfera Rural
Considera-se as regiões ao ar livre, à grande distância das fontes poluidoras de ar que se caracteriza por um baixo teor de poluentes.
Tal atmosfera tem fraca ação agressiva às armaduras imersas em concreto, sendo bastante lento o processo de redução da proteção química proporcionada pelo cobrimento de concreto, através de sua alta alcalinidade. Não há gases ácidos em quantidades suficientes para depositarem-se sobre as superfícies expostas inconsequentemente, acelerarem o processo de carbonatação que passa também a ser mais lento do que verificado em outras regiões.
Os teores de , , e , (gases), , , e (sólidos) são respectivamente desprezíveis, a menos que haja uma fonte natural como, por exemplo, esterco, estrume, que liberam na sua fermentação, ou rios e lagos poluentes que liberam . As atmosferas rurais têm teores de partículas em suspensão, da ordem de 20µ g/m³ e, eventualmente, podem ter teores elevados de partículas sedimentares, porém não é material ácido e, portanto, não acelera obrigatoriamente a corrosão. A chuva em regiões rurais (pequenas cidades sem industrias) tem pH “natural”, da ordem de 6,5.
Atmosfera Urbana
Considera-se as regiões ao ar livre, dentro de centros populacionais maiores. Essas atmosferas de cidade contém normalmente, impurezas em forma de óxidos de enxofre (SO2), fuligem ácido – e outros agentes agressivos, tais como , , , , etc.
O ar atmosférico é uma mistura de ar seco e vapor de água. A quantidade de vapor de água presente no ar é variável, mas para uma dada temperatura, tem-se um valor máximo de vapor de água que um dado volume de ar pode conter. Este valor máximo, denominado saturação, varia com a temperatura, sendo maior quando esta aumenta. A relação entre valor de conteúdo de vapor de água na atmosfera e o valor de saturação para uma dada temperatura é denominada umidade relativa (U.R.) (WEXLER et alii. 1976).
De acordo com a umidade relativa, pode-se caracterizar p ar como:
Ar seco – U.R. até 30%;
Ar normal – U.R. entre 50 e 60%;
Ar úmido – U.R. entre 80 e 90%;
Ar saturado – U.R. de 100%.
Atmosfera Marinha
Considera-se as regiões ao ar livre, sobre o mar e perto da costa. A atmosfera marinha contém cloretos de sódio e de magnésio, quer em forma de cristais, quer em forma de gotículas de água salgada. Essa atmosfera pode também conter sulfatos, cujos teores médios, no oceano Atlântico, são da ordem de (BICZOK, 1978):
Íons sulfato 2800 mg/l;
Íons cloreto 20000 mg/l;
Íons magnésio 1400 mg/l.
Esses elementos são extremamente agressivos e contribuem, para aceleração do processo de corrosão das armaduras embebidas em concreto, mesmo quando em pequenas proporções.

Atmosfera Industrial
Considera-se as regiões ao ar livre em zonas industriais contaminadas por gases e cinzas, sendo mais frequentes e agressivos o , e Nox. O pode oxidar-se, gerando.
Os outros gases ácidos contribuem para a redução de alcalinidade do concreto e aumentando a velocidade de carbonatação, destruindo a película passivadora do aço.
Atmosferas industriais podem acelerar de 60 a 80 vezes mais o processo de corrosão, quando comparadas a situações equivalentes em atmosferas rurais (puras).
Atmosfera Viciada
Considera-se as regiões em locais fechados com baixa taxa de renovação de ar. Nestes locais pode haver uma intensificação de concentração e até geração de gases agressivos às armaduras de concreto.
Como exemplo mais significativo é a ação do ácido sulfúrico, gerado em coletores e interceptadores de esgoto, a partir da presença de sulfetos pela rede coletora, a concentração de oxigênio dissolvido gradualmente diminui, devido a uma demanda que é maior que fornecimento. Em algum sistema, o oxigênio é exaurido e os sulfetos aparecem.
INFLUÊNCIA DA MICRORREGIÃO DA ESTRUTURA
A umidade relativa em uma construção pode ser variável, segundo sua microrregião que se considere. É mais frequente o surgimento de corrosão na base de pilares, que aos poucos se alastram para as regiões superiores, do que está iniciar-se, ou ser mais intensa, nas regiões superiores. Locais úmidos e com baixa ventilação, também são mais sujeitos a corrosão, pois podem dar origem fungos e bolores que liberam em seu metabolismo, produtos orgânicos ácidos que contribuem para o aumento da carbonatação. A textura superficial da barra pode contribuir para a aceleração da corrosão. Portanto os feixes de barras mais “recortadas” devem ser armazenados com maior cuidado de preferência em locais protegidos e nunca em contato direto com o solo.
Por efeito parede entende-se a movimentação de argamassa para junto de superfícies continuas restringem o concreto tais como formas e armaduras. Essa movimentação só pode ser conseguida através do empobrecimento da massa do interior do concreto.
Deve-se fazer cumprir o cobrimento mínimos exigidos no projeto de estrutura. Esse cobrimento pode ser garantido com o emprego de pastilhas uniformemente distribuídas ao longo do componente estrutural. As pastilhas podem ser de diferentes naturezas sendo mais indicadas as de argamassa, devido a maior aderência ao concreto. O local mais conveniente para fixação destas pastilhas é o cruzamento de barras de armadura, de modo que cada ponta de arame passe em cada um dos 4 ângulos que se formam, evitando-se desta maneira, deslocamento de patilha em qualquer direção.
A cura adegada da superfície de concreto é um dos fatores de maior importância para garantia da qualidade do concreto de cobrimento.
A ausência de cura não só vai aumentar a permeabilidade do componente estrutural como um todo, mas principalmente, criar uma série de canalículos superficiais no concreto, principalmente numa espessura de ordem do cobrimento. Todos os fenômenos de permeabilidade à água, a gases, absorção d’agua, retenção de fuligem, difusão de elementos agressivos, etc., serão intensificados e comprometerão a proteção da armadura.
Toda armadura embutida no concreto, com finalidade de garanti a ancoragem ao trecho seguinte, deve ser convenientemente protegida, principalmente em obras paradas ou em locais onde haverá demora na retomada da concretagem.
Essa proteção pode ser facilmente retomada com a pintura de nata de cimento sobre as armaduras. Por ocasião da retomada da concretagem bastara remover essa película com algumas pancadas estratégicas ou até mesmo utilizando-se jato de água.

RECUPERAÇÃO
A recuperação deste tipo de fenômeno patológico (corrosão de armaduras) é delicada e requer mão-de-obra especializada.
Consiste basicamente de três etapas, descritas a seguir.
Limpeza rigorosa, de preferência com jato de areia e apicoamento de todo o concreto solto ou fissurado, inclusive das camadas de óxidos/hidróxidos das superfícies das barras.
Analise criteriosa da possível redução de seção transversal das armaduras atacadas. Se viável, esta análise será feita através de ensaios comparativos de resistência entre as peças sadias e as mais atingidas. Se necessário, colocar novos estribos e/ou novas armaduras longitudinais. Sempre que empregar solda, esta deve ser à base de eletrodos, controlando-se o tempo e a temperatura a fim de evitar a mudança de estrutura do aço, principalmente se este for de classe B (EB-3 da ABNT).
Reconstrução do cobrimento das armaduras de preferência com concreto bem adensado. Este cobrimento tem a finalidade de:
Impedir a penetração de umidade, oxigênio e agentes agressivos até as armaduras;
Recompor a área da secção de concreto original;
Propiciar um meio que garanta a manutenção da capa passivadora no aço.
Cabe lembrar que, antes de qualquer recuperação, devem ser identificadas e sanadas as causas. Caso isso não seja observado, corre-se o risco de acarretar corrosão em outros locais por haver criado mais descontinuidade na estrutura, além das que originalmente existiam.
Quando a causa é devida a cloretos incorporados à massa de concreto, a solução pode não ser simples e, em geral, requer respostas especificas para cada caso.
RECURSOS ESPECIAIS
Na proteção nas armaduras de concreto pode ser necessário o emprego de recursos especiais de proteção quando, por exemplo:
Não há como se obter o cobrimento mínimo adequado;
Não há como se impedir o uso ou acesso de agentes agressivos;
Não há como se impedir a existência de correntes de fuga (linhas férreas em geral), que podem causar diferenças significativas de potencial;
Não há como se impedir a proximidades de metais eletropositivos, tais como tubulações de cobre junto a armadura;
Há vantagens econômicas.
Vários são os recursos disponíveis citando-se, a seguir, apenas alguns deles.
Galvanização
Nesse processo a armadura é galvanizada por imersão a quente, isto é, pela imersão do aço em um banho de zinco em estado de fusão. A massa de revestimento produzida por este método pode ser de 600 g/m² ou superior, isto é, o zinco aí depositado protege o aço de duas maneiras:
Atuando como barreira entre o aço e o meio ambiente agressivo;
Atuando como anodo de sacrifício, protegendo o aço, eventualmente exposto por machucaduras ou falhas de revestimento.
Caso haja corrosão do zinco, que tem um comportamento capaz de reagir tanto em meios ácidos quanto em meios muito alcalinos, seus produtos de corrosão mais solúveis tendem a colmatar os poros e inibir o prosseguimento acelerado do ataque.
Segundo SHAFFER (1971), esses produtos de corrosão têm menor força de expansão que a ferrugem e não causam o fissuramento do concreto, além da vantagem de serem brancos, não provocando manchas.
Inibidores Químicos
São substâncias químicas que atuam sobre a superfície metálica, dificultando a reação anódica, ou reação catódica, ou ambas de uma só vez. Seu efeito baseia-se na ruptura da continuidade do circuito eletroquímico formado pela célula de corrosão.
São numerosos os produtos químicos que têm propriedades inibidoras. Entre eles, pode-se citar:
Inibidores anódicos do aço em meios alcalinos e neutros:
Nitritos de sódio;
Cromatos de potássio;
Benzoatos de sódio;
Fosfatos.
Inibidores catódicos do aço em meios alcalinos e neutros:
Sulfitos.
Inibidores mistos:
Polifosfatos.
Os inibidores mais idôneos parecem ser os anódicos com o risco de deixarem de ser eficazes quando se adiciona quantidades abaixo de um mínimo ideal. Outro risco inerente ao processo é o de gerar diferentes concentrações de produtos numa mesma estrutura. Isso pode ocasionar corrosão por diferença de concentrações, ao invés de impedi-la. Pode ser o caso de armaduras já corroídas onde, em alguns locais, o inibidor não alcance a superfície do aço.
Geralmente, esses inibidores só devem ser adicionados à massa esse concreto quando houver presença de cloretos e forem dosados em função de teor de cloretos livres, presentes na massa.
Impregnação da Superfície de Concreto
Qualquer revestimento impermeável e aderente, tal como resinas epóxi, betume, asfaltos, processos superficiais de colmatação, borracha clorada etc., é eficaz, desde que bem aplicado na proteção das armaduras contra corrosão.
Aconselha-se a realização de ensaios prévios, principalmente quando se tratar de proteger estruturas com problemas patológicos crônicos, tais como corrosão de armaduras galvanizadas. Nesse casos, a solução pode não ser revestimento à base de epóxi, pois a aderência zinco-epóxi é deficiente.
Pintura com nata de cimento e argamassas preparadas com inibidores podem também ser uma solução do problema. Nestes casos, é aconselhável a adição de 3 a 5%, em relação à massa de cimento, de caseína, que melhora a aderência do concreto “novo” ao concreto “velho”.