Protecção de estruturas metálicas. Elsa Vaz Pereira

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1 Protecção de estruturas metálicas Elsa Vaz Pereira

2 Degradação de estruturas metálicas O aço não protegido quando em contacto com a atmosfera, a água e o solo está sujeito a corrosão, pelo que as estruturas de aço são normalmente protegidas Protecção de estruturas metálicas 2

3 Protecção da corrosão EUROCÓDIGO 3 Design of steel structures (EN ) EN :2009 Execution of steel structures and aluminium structures: >Part 1: Requirements for conformity assessment of structural components >Part 2: Technical requirements for steel structures >Part 3: Technical requirements for aluminium structures Protecção de estruturas metálicas 3

4 Protecção da corrosão EN :2008 Execution of steel structures and aluminium structures Part 2: Technical requirements for steel structures Ponto 10 e Anexo K (normativo) - Protecção da corrosão Revestimentos de Zn (galvanização por imersão a quente) o EN ISO Guidelines and recommendations for the protection against corrosion of iron and steel in structures Zinc coating Revestimentos por projecção térmica o EN 14616:2004 Thermal spraying - Recommendations for thermal spraying Revestimentos por pintura o EN ISO Tintas e vernizes. Protecção anticorrosiva de estruturas de aço. Protecção de estruturas metálicas 4

5 Protecção da corrosão > Isolando o metal do meio envolvente: revestimentos metálicos revestimento por pintura > Concepção da estrutura: evitando locais de retenção de água (vértices, juntas) e superfícies horizontais prever drenagem e ventilação, etc. > Actuando sobre o meio envolvente: abrigos ventilação e secagem (ambiente interior) > Actuando sobre o metal: protecção catódica Protecção de estruturas metálicas 5

6 Protecção de estruturas metálicas >1. Introdução >2. Principais factores de degradação do aço >3. Categorias de corrosividade do ambiente de exposição >4. Protecção da corrosão 4.1 Concepção da estrutura 4.2 Revestimentos metálicos o Galvanização por imersão a quente o Metalização por projecção térmica 4.3 Revestimentos por pintura Protecção de estruturas metálicas 6

7 Corrosão do aço A corrosão é um processo electroquímico que ocorre por várias fases: >Ataque inicial do aço em alguns locais denominados anódicos (-) onde o ferro atómico passa à forma iónica (Fe 2+ ). >Ocorre uma movimentação de e - no interior do metal para locais da superfície denominados catódicos (+) onde estes e - se combinam com oxigénio e água para formar iões OH -. >Estes iões reagem com os iões Fe 2+ do ânodo para formar hidróxido de ferro (Fe(OH) 2 ) que se oxida no ar para formar oxido de ferro (Fe 2 O 3 ) a vulgar ferrugem. Protecção de estruturas metálicas 7

8 Velocidade de corrosão - V corr Velocidade de corrosão (V corr ) Perda de massa do material metálico por unidade de área em função do tempo g m -2 ano -1 ou µm ano -1 Protecção de estruturas metálicas 8

9 Ambiente de exposição Dado que os mecanismos de corrosão do aço no ar, em água e no solo são distintos bem como os factores que determinam a V corr, é habitual dividir o ambiente de exposição em três categorias principais: Exposição atmosférica Exposição em águas Exposição em solos Protecção de estruturas metálicas 9

10 Velocidade de corrosão V corr Exposição atmosférica A velocidade de corrosão (V corr ) depende: >Tempo de humedecimento (τ) Período durante o qual a superfície metálica está coberta por uma película de electrolito que é capaz de causar corrosão atmosférica. τ = soma das horas durante as quais HR>80% e T>0ºC. o Chuva, condensação, etc. V corr elevadas o Ambientes secos interiores - V corr baixa >Contaminantes atmosféricos (agentes agressivos) Iões Cl - - ambiente marítimo Dióxido de enxofre (SO 2 ) ambiente industrial. Protecção de estruturas metálicas 10

11 Categorias de corrosividade Exposição atmosférica É habitual classificar os vários ambientes de exposição em função do seu grau de corrosividade (ISO 9223 e EN ISO ) Categorias de corrosividade Aço carbono g m -2 ano -1 V corr µm ano -1 C1 Muito baixa C2 Baixa C3 Média C4 Alta C5 Muito alta < 10 > 10 a 200 > 200 a 400 > 400 a 650 > 650 a 1500 < 1,3 > 1,3 a 25 > 25 a 50 > 50 a 80 > 80 a 200 µm ano -1 C5-I (industrial) C5-M (marítima) >C5 - > 0,2 mm ano -1 Protecção de estruturas metálicas 11 2 mm em 10 anos

12 Categorias de corrosividade - Exemplos Exposição atmosférica EN ISO Categorias de corrosividade Aço carbono C1 Muito baixa - Exemplos de ambientes típicos em climas temperados (apenas informativo) Exterior Interior Edifícios aquecidos, com atmosferas limpas (escritórios, lojas, escolas, hotéis) C2 Baixa C3 Média C4 Alta C5 Muito alta (industrial) C5 Muito alta (marítima) Atmosferas com baixo nível de poluição. Principalmente áreas rurais Atmosferas urbanas e industriais com poluição moderada de SO 2. Áreas costeiras com baixa salinidade Áreas industriais e áreas costeiras com elevada salinidade Áreas industriais com alta humidade e atmosfera agressiva Áreas costeiras e offshore com alta salinidade Edifícios não aquecidos onde a condensação pode ocorrer (depósitos, pavilhões desportivos) Salas de produção com alta humidade e alguma poluição (instalações de processamento de alimentos, lavandarias, fábricas de cervejas e de lacticínios) Industrias químicas, piscinas, estaleiros navais Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição >C5 (Cx) Protecção de estruturas metálicas 12

13 Classificação das atmosferas segundo a ISO 9223 Viana do Castelo C3 Matosinhos C4 Leixões >C5 Lavos C4 Lumiar C3 Lisboa C3 Barreiro C3/C4 Alto Rabagão C2 Maia >C5 Pego C2/C3 Seia C2 Vila Velha de Ródão C2/C3 Macedo de Cavaleiros C2 Reguengos de Monsaraz C2 Aço Categoria de corrosividade C1 Muito Fraca C2 Fraca C3 Média C4 Elevada C5 Muito elevada Farol de Alfanzina - Algarve Sines >C5 Alfazina C3 Protecção de estruturas metálicas 13

14 Velocidade de corrosão V corr Águas e solos A corrosão é normalmente de natureza localizada, as categorias de corrosividade são difíceis de definir. V corr depende entre outros factores: >Águas: composição (doce, salobra, mar), presença de O 2, T, velocidade de escoamento. >Solos: composição (espécies agressivas, ph, resistividade), presença de O 2, água, T. Protecção de estruturas metálicas 14

15 Velocidade de corrosão V corr Águas e solos > Norma EN ISO define 3 categorias de corrosividade: Categoria Ambiente Exemplo de ambientes em estruturas Im 1 Água doce Instalações de rio, centrais hidroeléctricas Im 2 Água do mar ou salobra Áreas portuárias com estruturas tais como portas de comportas, diques, quebra-mares, estruturas de plataforma Im 3 Solo Tanques enterrados, condutas de aço e vigas de aço Protecção de estruturas metálicas 15

16 Categorias de corrosividade > Numa mesma estrutura a velocidade de corrosão do aço pode variar significativamente de local para local devido à criação de zonas micro-climáticas: efeitos de condensação de água localizados orientação dos ventos etc. > Existem normalmente vários locais com diferentes velocidades de corrosão. Protecção de estruturas metálicas 16

17 Concepção da estrutura Localização Sempre que possível evitar a exposição a agentes agressivos Protecção de estruturas metálicas 17

18 Concepção da estrutura EN ISO > Critérios básicos sobre concepção para fins de protecção anticorrosiva: Acessibilidade (aplicação, inspecção e manutenção dos esquemas de protecção) Tratamento de juntas (selagem com produtos apropriado) Precauções para prevenir a retenção de sedimentos e água Arestas (arredondadas) Soldadura (isentas de imperfeições) Ligações roscadas (cuidados especiais) Elementos das caixas e componentes ocos (cuidados especiais) Entalhes/chanfros (cuidados especiais) Reforços (concepção adequada) Prevenção da corrosão galvânica Manuseamento, transporte e montagem Protecção de estruturas metálicas 18

19 Concepção da estrutura EN ISO Protecção de estruturas metálicas 19

20 Concepção da estrutura EN ISO Protecção de estruturas metálicas 20

21 Concepção da estrutura EN ISO Protecção de estruturas metálicas 21

22 Concepção da estrutura EN ISO Protecção de estruturas metálicas 22

23 Protecção de estruturas metálicas >1. Introdução >2. Principais factores de degradação do aço >3. Categorias de corrosividade do ambiente de exposição >4. Protecção da corrosão 4.1 Concepção da estrutura 4.2 Revestimentos metálicos o Galvanização por imersão a quente o Metalização por projecção térmica 4.3 Revestimentos por pintura Protecção de estruturas metálicas 23

24 Revestimentos metálicos Os revestimentos metálicos mais comuns para protecção anticorrosiva do aço são os revestimentos de zinco e ligas Zn-Al. >Principais processos de aplicação: Imersão em banho de zinco fundido - Galvanização por imersão a quente Projecção de metal fundido - Metalização por projecção térmica >Embora menos frequente utiliza-se também (peças pequenas): Difusão do metal - Sherardização Deposição electroquímica de zinco - Electrodeposição De uma maneira geral a protecção conferida pelos revestimentos metálicos depende mais do material metálico seleccionado e da sua espessura do que do tipo de método de aplicação do revestimento. Protecção de estruturas metálicas 24

25 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente > A galvanização consiste na aplicação de um revestimento de zinco sobre a superfície do aço. > O zinco corroi-se a uma velocidade inferior à do aço pelo que protege o aço actuando como uma barreira protectora. > Simultaneamente confere protecção catódica ao aço - caso exista um pequeno defeito no revestimento, como o zinco é mais anódico do que aço na série galvânica, é ele que se corrói. Zn Aço Protecção de estruturas metálicas 25

26 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente Fases: >Desengorduramento (70-80º) >Limpeza >Remoção de óxidos >Limpeza >Pré-tratamento (60-80ºC) >Banho de galvanização ( ºC) >Arrefecimento >Passivação da camada de zinco >Acabamento Há limitação ao tamanho dos componentes que podem ser galvanizados e às formas de modo a garantir que toda a peça seja protegida (requisitos EN ISO 14713) Protecção de estruturas metálicas 26

27 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente > Forma-se um revestimento constituído por várias camadas > Junto ao substracto de ferro formam-se camadas de ligas de zinco/ferro > Estas camadas são progressivamente mais ricos em Zn do interior para a superfície Protecção de estruturas metálicas 27

28 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente A espessura do revestimento de zinco depende das características do processo de galvanização mas também: dimensão e espessura da peça preparação da superfície do aço composição do aço. Espessura da peça de aço / mm Espessura média (mínima) do revestimento de zinco Espessura local (mínima) do revestimento de zinco g/m 2 µm g/m 2 µm Aço <1,5 mm Aço >1,5 mm e <3 mm Aço >3 mm e <6 mm Aço >6mm Peças vazadas <6mm Peças vazadas >6mm Extraído da norma (NP) EN ISO 1461 Para aços com a seguinte composição típica (exemplo): %Si<0,04 e Si+(2,5x%P)<0,09 Protecção de estruturas metálicas 28

29 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente Podem obter-se espessuras superiores: aumentando a rugosidade da superfície aço (projecção de abrasivos) Microestrutura do revestimento de zinco utilizando aços reactivos - cujo teor em Si e P faz com que no banho a espessura do revestimento de zinco cresça sempre com o tempo de imersão. (Estes revestimentos poderão ficar com um aspecto baço, escuro e serem frágeis) Protecção de estruturas metálicas 29

30 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente Durabilidade - Tempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (ISO ) Espessura mínima (µm) Categoria de corrosividade Tempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (anos) Classe de durabilidade C3 C4 C5 >C /> VH 20/40 VH 10/20 H 3/10 M /> VH 33/67 VH 17/33 VH 6/17 H > VH 48/95 VH 24/48 VH 8/24 H Categoria Zn X µm ano -1 Aço A V corr do zinco na atmosfera é aproximadamente linear com tempo. C3 C4 C5 Cx(>C5) Perda de espessura (µm ano -1 ) > 0,7 a 2 > 2 a 4 > 4 a 8 >8 a 25 Classe de durabilidade Very Low (VL) Low (L) Medium (M) High (H) Very High (VH) Tempo (anos) 0 a < 2 2 a < 5 5 a <10 10 a <20 > 20 Protecção de estruturas metálicas 30

31 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente 1. Boa aderência (ligas intermetálicas) 2. Uniforme Vantagens 3. Resistente à abrasão 4. Permite obter uma vasta gama de espessuras 5. Versátil (reveste peças de formas complexas) Limitações 1. Dimensão das peças limitada à dimensão do banho 2. Design adequado (Ex.: furação das peças de secção fechada para exaustão dos gases durante a imersão) EN ISO Pode ocorrer distorção de algumas pelas fabricadas Protecção de estruturas metálicas 31

32 Revestimentos metálicos Metalização - Projecção térmica Micro-particulas do metal são projectadas com ar comprimido através de um pistola que contém uma fonte de calor (chama ou arco eléctrico) que funde a matéria prima (em pó ou em fio) Os revestimentos podem ser aplicados em fábrica ou em obra e não existe limitação para o tamanho da peça A superfície do aço permanece fria não apresentando o inconveniente de provocar dilatações da peça Arco Arco Chama Protecção de estruturas metálicas 32

33 Revestimentos metálicos Projecção térmica Microestrutura do revestimento de zinco metalizado Zinco Aço O revestimento pode ser de Zn, Al ou ligas de Zn e Al. O Al confere maior resistência à corrosão do revestimento, nomeadamente em ambiente industrial Espessuras típicas variam entre -200 µm (Al) e -150 µm (Zn). A aderência ao substracto é essencialmente mecânica (não se forma liga metálica com o aço da base) e o revestimento é poroso. O revestimento é aplicado numa superfície limpa mas ligeiramente rugosa. Normas aplicáveis: EN ISO 2063, EN ISO e EN Protecção de estruturas metálicas 33

34 Revestimentos metálicos Projecção térmica Espessuras mínimas recomendadas - EN ISO 2063 Metal (µm) Categoria segundo EN ISO Zinco Alumínio AlMg5 ZnAl15 Não pintado Pintado Não pintado Pintado Não pintado Pintado Não pintado Pintado Im2 NR * 200* NR Im C2 e C C4 e C5-I NR C5-M * 200* 150 C NR - não recomendado, * aplicação offshore C5 V corr => 4 a 8 µm ano -1 Protecção de estruturas metálicas 34

35 Revestimentos metálicos Galvanização por imersão a quente+projecção térmica Podem ser usados sem protecção adicional Frequentemente, sobretudo em ambientes mais corrosivos (orla costeira, zonas industriais muito poluídas) é usual recorrer à sua pintura - Sistemas mistos (duplex) Sistema misto: 1. Beneficia de um efeito sinérgico entre os dois revestimentos T misto > (T zinco + T tinta ) T = Tempo de vida 2. No entanto o período de manutenção de um sistema mistos é frequentemente inferior ao do revestimento de zinco uma vez que a durabilidade da tinta é muitas vezes inferior à do revestimento de Zn 3. Factores a ter em conta (NP EN ISO ): Adequada preparação da superfície galvanizada garantir boa aderência da pintura Pintura com produtos adequados ao revestimento de zinco Protecção de estruturas metálicas 35