O monitoramento das estruturas de concreto possibilita que o risco de corrosão seja estimado ao longo dos anos de sua utilização. Com o conhecimento desse risco, intervenções de prevenção da corrosão ou de controle da corrosão já estabelecida podem ser programadas e realizadas em períodos adequados. Na prática, o risco de corrosão é avaliado por meio da verificação periódica do estado da armadura e das alterações nas propriedades do concreto. Isso pode ser feito por meio do embutimento no concreto de cobrimento de sensores de aquisição contínua de dados. Há diferentes tipos de sensores de aquisição contínua de dados. Um dos mais conhecidos é o sensor galvânico que consta de um conjunto de barras de aço-carbono, eletricamente isoladas. Com o embutimento do sensor, essas barras ficam posicionadas em diferentes e conhecidas profundidades do concreto de cobrimento da armadura. O risco de corrosão da armadura é monitorado com a periódica medição da corrente galvânica em cada uma das barras do sensor. Essa medição, dentre outras informações do sensor galvânico foram abordadas em artigo anterior. Além do sensor galvânico, destacam-se o sensor de umidade e o de taxa de corrosão, que monitoram parâmetros importantes relacionados ao estabelecimento e evolução de processo corrosivo das armaduras. A seguir esses sensores são apresentados, bem como o sensor de fibra óptica, o qual apresenta algumas vantagens em relação aos demais mencionados, embora ainda seja de uso restrito. Abstract The monitoring of the concrete structures allows estimating the corrosion risk over years of use. With the knowledge of this risk, interventions to prevent corrosion or to control the ongoing corrosion may be planned and carried out at appropriate times. In practice, the risk of corrosion is evaluated by checking periodically the rebar status and changes in the properties of concrete. This can be done by embedding sensors for continuous data acquisition in the concrete. There are different types of sensors for continuous data acquisition. The most well-known sensor is the galvanic sensor which consists of a set of electrically isolated carbon steel bars . With the sensor embedded in concrete, these bars remain positioned at different known depths. The risk of reinforcement corrosion is monitored by periodic measurement of the galvanic current in each pair of bars of the sensor. These measurements, among other information about galvanic sensor measurement, were discussed in a previous article. Besides the galvanic sensor, the humidity sensor and the corrosion rate sensor are important, both monitoring parameters related to the establishment and evolution of the reinforcement corrosion process. In this paper, these sensors are presented as well as the optical fiber sensor which has some advantages over the others mentioned, although its use is restricted.

1. 62 Téchne 195 | JUNHO de 2013
artigo
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Monitoramento da corrosão
em estruturas de concreto:
sensor de umidade, de taxa
de corrosão e de fibra óptica
Adriana de Araujo
Pesquisadora do Laboratório de Corrosão e
Proteção do Instituto de Pesquisas
Tecnológicas (IPT)
aaraujo@ipt.br
Zehbour Panossian
Diretora de inovação do IPT
zep@ipt.br
Pedro D. Portella
Diretor da divisão do departamento de
engenharia de materiais do Federal
Institute for Materials Research and
Testing (BAM)
pedro.portella@bam.de
Ralph Bässler
Pesquisador do BAM
ralph.baessler@bam.de
Omonitoramento das estruturas de
concreto armado possibilita que o
risco de corrosão seja estimado ao
longo dos anos de sua utilização. Com
o conhecimento desse risco, interven-
ções de prevenção da corrosão ou de
controle da corrosão já estabelecida
podem ser programadas e realizadas
em períodos adequados.
Naprática,oriscodecorrosãoéava-
liado por meio da verificação periódica
do estado da armadura e das alterações
naspropriedadesdoconcreto.Issopode
ser feito por meio do embutimento, no
concreto de cobrimento, de sensores de
aquisição contínua de dados.
Há diferentes tipos de sensores de
aquisição contínua de dados. Um dos
mais conhecidos é o sensor galvânico,
composto por um conjunto de barras
deaço-carbono,eletricamenteisoladas.
Com o embutimento do sensor, essas
barras ficam posicionadas em diferen-
teseconhecidasprofundidadesdocon-
creto de cobrimento da armadura. O
risco de corrosão da armadura é moni-
torado com a periódica medição da
corrente galvânica em cada uma das
barras do sensor. Essa medição, dentre
outras informações do sensor galvâni-
co, foram abordadas em artigo de
Araujo et al.(2013).
Além do sensor galvânico, desta-
cam-se o sensor de umidade e o de taxa
de corrosão, que monitoram parâme-
trosimportantesqueestãorelacionados
ao estabelecimento e evolução de pro-
cessocorrosivodasarmaduras.Aseguir,
esses sensores são apresentados, bem
como o sensor de fibra óptica.Este últi-
mo apresenta vantagens em relação aos
demais mencionados, embora ainda
seja de uso restrito. Isso é devido à ne-
cessidadedemaisestudosparaoseuuso
efetivo em campo no monitoramento
do risco de corrosão.
Sensor de umidade
O início da corrosão da armadura é
influenciado significativamente pela
umidade do concreto, que pode retar-
dar o ingresso de dióxido de carbono,
mas é pré-requisito para a penetração
de íons cloreto (Nilsson,1997).O avan-
ço da frente de carbonatação é maior
em concretos com umidade em torno
de50%e,apenetraçãodeíonscloretoé
maior,basicamente,quanto maior a ex-
posição do concreto à água salina.
A umidade também influencia a
taxa de corrosão da armadura, sendo
esta insignificante na condição de umi-
dade muito baixa ou muito alta, e bas-
tante significativa em valores médios de
umidade (Nilsson, 1997). Em períodos
longos de monitoramento da umidade,
obtêm-se informações importantes dos
valores máximos da taxa de corrosão
em relação ao tempo decorrido (Rau-
pach;Gulikers;Reichling,2013).
A figura 1 apresenta um sensor de
umidade, denominado de sensor de
múltiplos anéis (multiring electrode).
Pela figura, pode-se observar que esse
sensoréconstituídodeanéissobrepos-
tos de aço inoxidável, tendo-se, entre
eles, outros anéis de material isolante
elétrico e de vedação. Segundo estudos
de Bässler et al.(2003),esse sensor mo-
nitora as variações de umidade, possi-
bilitando a obtenção do perfil de umi-
dade do concreto. Isso pode ser feito
atéemtornode45 mmdeprofundida-
de do concreto de cobrimento (Sen-
sortec,2010a).
Com o conhecimento do perfil de
artigo.indd 62 29/05/2013 15:36:19

2. 63
Acervodosautores
umidade,pode-se avaliar a eficiência de
sistema de proteção superficial do con-
cretocontraoingressodaágua,alémdo
risco de corrosão das armaduras. Desse
modo,o sensor é usado em construções
novas ou existentes, incluindo aquelas
emrecuperação(Mayer;Sodeikat,2012;
Schiessl; Raupach, 1996; Vennesland;
Raupach;Andrade,2007).
O perfil de umidade é obtido a par-
tir da determinação da resistência ôh-
mica entre pares de anéis metálicos ad-
jacentesdosensor.Paraisso,convertem-
-se os valores da resistência de cada par
em resistividade elétrica usando a cons-
tante da célula. Por meio de curvas de
calibração, é possível a conversão dos
valoresderesistividadeelétricaemumi-
dade.Conhecendo as profundidades de
embutimento dos anéis, obtém-se o
perfildeumidade.Comoatemperatura
do concreto afeta a resistência medida,
determina-se também a temperatura
para a sua compensação. Para tanto, há
um eletrodo de temperatura embutido
nocorpodosensor(Raupach;Gulikers;
Reichling,2013;Sensortec,2010a).
Vale ressaltar que os cálculos descri-
tosparaaobtençãodaresistividadeeda
umidadedoconcretoapartirdasmedi-
dasderesistêncianãosãoprecisos.Com
isso,osvaloresdeumidadeobtidospelo
sensor de múltiplos anéis devem ser
analisados somente em função de suas
variações ao longo do tempo, as quais
refletem alterações de propriedades do
concreto (Vennesland; Raupach; An-
drade,2007).
Sensor de taxa de corrosão instantânea
Ataxadecorrosãoinstantâneaéum
parâmetroimportanteasermonitorado
nas estruturas de concreto expostas a
umambienteagressivoequeapresentam
sua armadura despassivada. Quanto
maior é a agressividade do ambiente,
maiordeveseraintensidadedacorrosão
dessa armadura e, consequentemente,
mais rapidamente o concreto de
seu cobrimento se deteriorará,
principalmente por fissuração seguida
dedesplacamento.Nota-sequeotempo
estimado para que essa fissuração ocor-
raébemmenordoqueotempoestima-
do para a despassivação da armadura
(Thoft-Christensen,2000).
Usualmente, a taxa instantânea de
corrosão é estimada pela aplicação da
técnicadepolarizaçãolinear.Essatécni-
ca é baseada no fato de que a curva de
polarização de sistemas metal/meio
apresentaumtrecholinearnaregiãodo
potencial de circuito aberto (baixas so-
bretensões). Nesse trecho, é determina-
daaresistênciadepolarização(Rp),que
temrelaçãocomataxadecorrosãocon-
forme a equação de Stern-Geary (An-
drade et al.,2004),a saber:
Sendo:
icorr = taxa de corrosão ou densidade de
corrente de corrosão,em mA/cm2
B = constante empírica, obtida a partir
daconstanteanódica(ba)ecatódica(bc)
de Tafel,em mV
Rp = coeficiente angular obtido em tre-
cho reto da curva potencial em função
da corrente,em kΩ.cm2
Na prática, muitos autores adotam
ovalordeBcomo26mVparamedições
emcampo.Nocasodousodaarmadura
como eletrodo de trabalho,é feito o iso-
lamento de um trecho próximo ao sen-
sor ou a introdução de uma barra junto
à armadura. Em ambos os casos, deve-
-se conhecer a área exposta do eletrodo
de trabalho (McCarter; Vennesland,
2004;Martínez;Andrade,2009).
Além da avaliação da variação da
taxa de corrosão instantânea ao longo
do tempo, os valores absolutos obtidos
podem ser analisados em relação a cri-
térios estabelecidos por pesquisadores,
como Andrade et al. (2004). Segundo
Raupach, Gulikers e Reichling (2013),
essa avaliação deve considerar o agente
agressivo causador da corrosão, sendo
que o ingresso do dióxido de carbono
(carbonatação) causa corrosão genera-
lizada das armaduras, enquanto o in-
gresso de íons cloreto causa corrosão
localizada das armaduras (formação de
pites). Nesse último caso, a área dos
pites(regiãocomcorrosão)édesconhe-
cida, sendo este dado necessário para
estimar a taxa de corrosão pela técnica
de resistência de polarização.
Atécnicadepolarizaçãolinearpode
serusadacomtrêsoudoiseletrodos.No
primeiro caso, além do eletrodo de tra-
balho, é usado um eletrodo de referên-
cia e um contraeletrodo. No segundo
caso,umdoseletrodoséodetrabalho,e
o outro funciona simultaneamente
comocontraeletrodoeeletrododerefe-
rência (Nace 05107, 2007). Cita-se que,
nessa técnica,o uso de eletrodo de refe-
rência padrão (apresenta potencial co-
nhecido em relação ao eletrodo de hi-
drogênio, sendo o valor reprodutível e
estávelaolongodotempo)oupseudoe-
letrodo de referência (não mantém po-
tencialestável,massuavariaçãoéprevi-
sívelemcondiçõesconhecidas)éindife-
rente, pois a curva de polarização é re-
sultantedasobretensão(diferençaentre
o potencial aplicado e o potencial de
circuito aberto) em função da corrente.
Alguns sensores galvânicos (Araujo
et al.,2013) podem monitorar a taxa de
corrosão instantânea das barras do
ânodo e/ou da armadura (eletrodos de
trabalho). No sensor galvânico escada
(Sensortec, 2010b) e no sensor galvâni-
co 900 (Rohrback Cosasco Systems,
2013a), podem-se usar três ou dois ele-
trodos.No caso de três eletrodos,usa-se
uma barra do ânodo do sensor como
eletrodo de trabalho, uma barra adja-
cente a essa como contraeletrodo e o
cátodo do sensor como pseudoeletrodo
dereferência.Nocasodedois eletrodos,
usa-se um par de barras adjacentes do
ânodo do sensor, um como eletrodo de
trabalho e outro como contraeletrodo e
pseudoeletrodo de referência. Nota-se
que nesse último caso não é relevante o
estado(passivoouativodecorrosão)da
Anéis de aço
inoxidável
Anéis de
vedação e
isolamento
elétrico
Figura 1 – Sensor de múltiplos anéis
(multiring electrode). Fonte: Sensortec
icorr =
1 ba .bc
=
B
Rp 2,303 (ba + bc) Rp
artigo.indd 63 29/05/2013 15:36:20

3. 64 Téchne 195 | JUNHO de 2013
a r t i go
barrausadacomocontraeletrodo/pseu-
doeletrodo de referência.
Há sensores específicos para mo-
nitorarataxadecorrosãodasarmadu-
ras, em destaque o sensor 800 (Corra-
ter Probe, Model 800) da empresa
­Rohrback Cosasco Systems e o sensor
ECI-1 (Embedded Corrosion Instru-
ment, Model ECI-1) da empresa Vir-
ginia Technologies.
No sensor 800, a determinação do
Rp é feita somente com o uso de dois
eletrodos(duasbarrasdeaço-carbono).
Esse sensor é fixado junto à armadura,
como mostra a figura 2. O monitora-
mentodataxadecorrosãopodeserfeito
com equipamento de medição manual
(Corrater Model AquaMate) ou com
um sistema de transmissão remota
(Corrdata). Ambos podem ser usados
paradeterminaratemperaturaearesis-
tividadeelétricadoconcreto(Rohrback
Cosasco Systems,2013b).
NosensorECI-1,adeterminaçãode
Rp é feita com o uso de três eletrodos,
sendo usada, como contraeletrodo,
uma barra de aço inoxidável e, como
eletrodo de referência, um eletrodo de
manganês/óxido de manganês – Mn/
MnO2 –, o que permite também o mo-
nitoramento do potencial de circuito
aberto do eletrodo de trabalho do sen-
sor.Esse sensor é mostrado na figura 3.
O sensor ECI-1 também é provi-
do de eletrodo seletivo de Ag/AgCl e
sensor de temperatura, adequados
para a determinação da concentração
de íons cloreto no concreto e, ainda,
provido de quatro barras de aço ino-
xidável para a determinação da resis-
tividade elétrica do concreto.A deter-
minação da concentração de íons
cloreto é feita pelo monitoramento
da temperatura e da variação do po-
tencial de eletrodo Ag/AgCl, que é de-
pendente do teor de íons cloreto na
águadeporodoconcretoemrelaçãoao
eletrodo de referência de Mn/MnO2.
Quanto à resistividade elétrica, esta é
determinada pela técnica de quatro
pinos (Virginia Technologies, 2013;
Dunn; Davis; Ross,2010).
Sensor de fibra óptica
Li et al. (2000) citam que tanto o
monitoramento do risco da corrosão
como a avaliação da estabilidade das es-
truturas exigem o desenvolvimento de
novos sensores que atendam a uma va-
riedade de situações. Segundo os auto-
res, os sensores de fibra óptica são uma
ferramenta promissora para atender a
essa demanda, apresentando vantagens
emrelaçãoaossensoresconvencionais.
Isso porque a implantação de siste-
mas de monitoramento com uso de
sensores de fibra óptica é considerada
mais simples e versátil,tendo-se grande
confiabilidade nos resultados e, ainda,
versatilidade de configuração do sen-
sor.Taisvantagensestãorelacionadasàs
características das fibras ópticas, como,
por exemplo, pequena dimensão, flexi-
bilidade, resistência à corrosão, imuni-
dadearuídoseletromagnéticosetrans-
porte de feixes luminosos por longas
distâncias com perdas desprezíveis (Li
etal.,2000;Zheng;Sun;Lei,2009;Furh;
Huston,1998).
Devido a tais características, nas
últimasdécadastem-seintensificadoo
estudo de sensores de fibra óptica para
avaliação do risco de corrosão nas es-
truturas de concreto. Esses estudos e
aplicações pontuais em campo indi-
cam a eficiência desse tipo de sensor
no monitoramento, por exemplo, do
pH do concreto (Dantan; Habel; Wol-
fbeis, 2005; Grahn, 2002; Srinivasan et
al., 2000), da umidade do concreto
(Grahn, 2002), da concentração de
íons cloreto (Furh; Huston, 2000;
Leung; Wan; Chen, 2008), e, também,
da corrosão das armaduras.
No caso específico da corrosão das
armaduras, o uso de sensores ópticos
complementaria as técnicas eletroquí-
micas. Essas técnicas, segundo Wheat e
Liu (2009), poderiam inclusive ser
substituídas pelo uso dos sensores de
fibra óptica, particularmente na avalia-
ção de componentes críticos da estru-
tura ou em situações em que as medi-
ções eletroquímicas são impraticáveis.
Zheng,SuneLei(2009)desenvolve-
ram um sensor de fibra óptica que mo-
nitora a corrosão.Em ensaio com barra
de aço-carbono embutida em concreto
exposto à solução salina,foi verificada a
deformaçãodosensoremconsequência
doacúmulodeprodutosdecorrosãoda
barra. Isso foi observado pelo monito-
ramentodareflexãodefeixesluminosos
emitidos pela extremidade da fibra, em
contato com a superfície da barra.Com
oaumentodoacúmulodosprodutosde
corrosão na superfície da barra (corro-
são severa), a deformação excessiva da
extremidadedafibraresultounainutili-
zação do sensor.
Três sensores de fibra óptica com a
mesma finalidade foram desenvolvi-
dosporZhaoetal.(2011).Essessenso-
res apresentavam uma fibra óptica
enrolada em barra de aço-carbono
polido. Os autores correlacionaram o
estiramentodafibra,emconsequência
do aumento do volume da barra (acú-
mulo de produtos de corrosão), com a
intensidade da corrosão.
Fuhr e Hustonn (1998) fazem con-
sideraçõessobreousodesensoresópti-
cos no monitoramento da corrosão em
estruturas de concreto (pontes e viadu-
tos). Esses autores citam a aplicação de
um programa de computador específi-
co para monitorar a evolução da corro-
Figura 2 – Sensor 800 (Corrater Probe,
Model 800) posicionado sobre a armadura.
Fonte: Rohrback Cosasco Systems
Figura 3 – Sensor ECI-1 (Embedded
Corrosion Instrument, Model ECI-1)
posicionado sobre a armadura. Fonte:
California Department ofTransportation
Fotos:divulgaçãodosautores
artigo.indd 64 29/05/2013 15:36:22

4. 65
são de armaduras ao longo do tempo.
Além disso, é referenciado o acopla-
mento de um alarme sonoro ao sensor
para alertar quando um nível predeter-
minado de corrosão é atingido.
Conclusão
Na Europa, os sensores de embu-
timento no concreto são amplamente
usados em sistemas de monitora-
mento do estado da armadura e das
alterações nas características do con-
creto, tanto em estruturas novas
como em estruturas existentes. O
mesmo não ocorre no Brasil, sendo
esses sensores muito pouco conheci-
dos e utilizados no monitoramento
de estruturas.Esse fato está relaciona-
do com a restrição de tecnologia na-
cional e de pessoal qualificado. Isso
abre um novo campo de investigação
muito promissor.
Devido às particularidades de cada
estrutura de concreto e dos diferentes
ambientes de exposição,a implantação
de sistemas de monitoramento com
uso de sensores embutidos no concre-
to de cobrimento não é uma tarefa
fácil. Isso também é válido para a aná-
lise dos dados obtidos pelos sensores,
que requer profissionais especializados
em corrosão.
Acredita-se que, em um futuro
próximo, estará disponível no mer-
cado uma ampla gama de sensores
de maior eficiência e durabilidade e
de melhor relação custo–benefício.
Isso deve refletir positivamente no
mercado nacional, incentivando
tanto a pesquisa como o uso de sen-
sores em muitas construções, espe-
cialmente naquelas expostas à eleva-
da agressividade ambiental, recupe-
radas ou com restrição de manuten-
ções periódicas.
Agradecimento
Till Felix Mayer (Sensortec), Elias
Chirico (Rohrback Cosasco Systems)
e Bob Ross (Virginia Technologies),
pelas informações e fotografia dos
sensores, e Ana Lúcia A. de Souza,
pela recuperação de artigos.
Multiring Electrodes. Sensortec. 2010a.
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McCarter, W.J.;Vennesland, O. 2004.
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Christensen, P. 2000.
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The Use of Fiber Optic Sensors in
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Reinforced Concrete. Wheat, H.G.;
Liu, G. 2009.
Use of Embeddable Sensors in an
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Reinforced Concrete Structures.
Bässler, R. et al. 2003.
*Confira a versão completa da
bibliografia na versão on-line deste
artigo.
LEIA MAIS
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Corrater Probe. Rohrback Cosasco
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900 Concrete Multi-Depth Sensor.
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Anode Ladder. Sensortec. 2010b.
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Brillouin Corrosion Expansion
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Condition Survey with Embedded
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Corrosion. Raupach et al. 2013.
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Corrosion Monitoring for
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Embedded Corrosion Instrument –
ECI.VirginiaTechnologies. 2013.
Embedded Micro-Sensor for
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Martínez, I.;Andrade, C. 2009.
Fiber Optic ChlorideThreshold
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Fiber Optic pH Sensor for Early
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Monitoramento de Corrosão em
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Monitoring Corrosion of
Reinforcement in Concrete
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Sensors. Zheng et al. 2009.
Monitoring the Corrosion of Steel in
Reinforced Concrete Using Optical
Waveguide Methods. Li et al. 2000.
artigo.indd 65 29/05/2013 15:36:22