DESEMPENHO DE ARMADURAS ZINCADAS. Zehbour Panossian (Zepir) Agosto 2017

Transcrição

1 DESEMPENHO DE ARMADURAS ZINCADAS Zehbour Panossian (Zepir) Agosto 2017

2 Conteúdo Introdução Estudo desenvolvido no IPT Metodologia Resultados experimentais em 12 meses de ensaio Conclusão

3 Problemática de edificações armadas em ambiente marinho A corrosão das armaduras de aço-carbono é considerada um dos maiores problemas da durabilidade das construções civis em ambientes marinhos. A durabilidade está relacionada a: condições de exposição; características e a qualidade do concreto executado; concepção do projeto. Em 2002, os americanos estimaram em 8,3 bilhões de dólares os custos da corrosão causada por cloretos em suas pontes de rodovias interestaduais.

4 Como o Brasil lida com a corrosão das armaduras de aço em concreto? Especificação de concreto de boa qualidade Aumento da espessura de cobrimento Emprego de revestimentos aplicados sobre o concreto Manutenção periódica

5 Para onde o mundo está caminhando Indústria 4.0 Cadeia produtiva Empresa Mundo Parâmetros Materiais + duráveis Avaliação Produto Modelar Medir Transmitir Analisar Atuar Processo Economia circular Reaproveitar Economizar (água e energia)

6 Na construção civil isso é traduzido...

7 Quais as alternativas de aumentar a vida útil de estruturas de concreto com sustentabilidade? Emprego de sensores para manutenção preventiva Emprego de inibidores no concreto Aplicar potencial externo (proteção catódica) Substituir o material da armadura Aço zincado (galvanizado) Aço inoxidável Revestimento dúplex

8 Vantagens do uso de armaduras zincadas: Custo e sustentabilidade A zincagem das barras aumenta o custo total do concreto armado de 6 % a 10 %, visto que toda a rede de armaduras deve ser zincada: Não é recomendado utilizar o aço-carbono parcialmente, devido a altas taxas de corrosão na armadura zincada decorrente ao par galvânico barra zincada/barra de aço YEOMANS, S. R. Galvanized steel in concrete: an overview. In: YEOMANS, S. R. (Ed.). Galvanized steel in concrete. Oxford: Elsevier Science, 2004 Os custos de zincagem acabam sendo muito menores quando se consideram os custos a longo prazo, sem contar as consequências dos danos por corrosão em construções de concreto armado exposto a ambientes agressivos. Estudo de estruturas de concreto armado de um reservatório de água potável no litoral do estado de SP: vida útil mínima do aço-zincado: 50 anos vida útil: 10 anos para armadura não revestida. Taxa de retorno de capital estimada ~ 5 % ao ano redução final do custo 40 % LOURENÇO, Z.; SOUSA, C. A. C. Métodos de proteção e aumento da durabilidade do concreto armado. In: RIBEIRO, D. V. Corrosão em estruturas de concreto armado: teoria, controle e métodos de análise. Rio de Janeiro: Elsevier, 2014.

9 Vantagens do uso de armaduras zincadas: Custo e sustentabilidade Sustentabilidade da armadura zincada: Resiste a níveis de cloreto 2,5 vezes maior e atrasa o início da corrosão em 4 a 5 vezes em relação ao aço-carbono; Produto de corrosão com menor volume; Colmatação dos poros do concreto; Menor formação de fissuras no concreto; A condição da aderência do zinco no concreto ainda não está bem esclarecida, porém, sabe-se que a cromatização após a zincagem ajuda a garantir a aderência adequada.

10 Locais onde se usam armaduras de aço galvanizado Fonte:

11 Exemplos de estruturas no exterior Wrigley Field Chicago, USA (1914) Painéis pré-moldados reforçados com aço galvanizado nos pavimentos Templo de Lótus Nova Deli Índia Armaduras de aço galvanizado nas conchas das pétalas de lótus Al para Maktoum evitar o Bridge surgimento de ferrugem que pudesse vir a marcar a (Dubai estrutura Emirados Árabes) de concreto (1963) branca e garantir a durabilidade da delicada estrutura das pétalas em concha com 6 a 18 cm de espessura. Fonte: Armaduras galvanizadas foram utilizadas para proteção contra corrosão a longo prazo e para minimizar o risco de fissuração e mancha de ferrugem das telhas brancas de revestimento cerâmico brilhante. Após quase 40 anos de exposição, os painéis de vela não mostraram sinais de deterioração. Sidney Opera House (Sidney Austrália 1973

12 Exemplos de estruturas no exterior The Egg Albany USA 1978 Graças ao uso aço galvanizado, o design extravagante da obra já encantou cidadãos e visitantes há décadas e continuará encantando para as gerações vindouras Royal National Theatre Londres 1963 Foi usado 1000 t de aço galvanizado nas paredes de parapeito externas para garantir o não manchamento Fonte: Veracruz Aquarium México 1992 Mesquita de Roma Roma Itália 1995 O domo foi construído com armaduras de aço galvanizado Aço galvanizado foi usado na construção, incluindo suas três principais áreas de exibição: Galeria de Água Doce, Tanque Oceânico e Galeria de Água Salgada.

13 Características das barras zincadas Zn Fe-Zn Aço-C Zincagem por imersão a quente Contato metalúrgico com o aço (intermetálicos Fe-Zn) Pode ser dobrado sem desplacamento Máximo 250 μm de espessura para dobramento posterior

14 Normas brasileiras ABNT NBR : Galvanização por imersão a quente de barras de aço para armadura de concreto armado Requisitos e métodos de ensaio Citam a zincagem como medida especial de proteção e conservação: ABNT NBR : Projeto de estruturas de concreto Procedimento ABNT NBR : Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios

15 Normas estrangeiras ASTM A767-16: Zinc-Coated (Galvanized) Steel Bars for Concrete Reinforcement ASTM A : Zinc-Coated (Galvanized) Steel Welded Wire Reinforcement, Plain and Deformed, for Concrete ISO : Zinc-coated steel for the reinforcement of concrete ISO : Hot dip galvanized coatings on fabricated iron and steel articles -- Specifications and test methods ISO : Zinc coatings -- Guidelines and recommendations for the protection against corrosion of iron and steel in structures Citam a zincagem como medida especial de proteção e conservação: NACE SP : Design Considerations for Corrosion Control of Reinforcing Steel in Concrete ACI 201.2R-01: Guide to durable concrete

16 Mecanismos de proteção Proteção catódica (galvânica) Menor nobreza do zinco em relação ao aço-carbono Barreira Camada de zinco funciona como barreira Passivação do zinco O zinco passiva-se no concreto

17 Passivação do zinco Taxa de corrosão do Zn depende do ph e da natureza do meio Zn Fe-Zn Aço-C Não ocorre formação de H 2 sobre Zn puro (cinética baixa) Ocorre formação de H 2 sobre Fe-Zn (devido do Fe) Cromatização Protege durante armazenamento e transporte Deve ser evitada exposição a chuva em excesso Recomendada pela norma ASTM A767 Pode ser feita pela adição de cromatos ao concreto

18 Comparação entre os modelos de corrosão

19 Estudo no IPT A Petrobras solicitou ao IPT um estudo de resistência a corrosão de três tipos diferentes de armaduras, para comparar ao aço-carbono, o emprego de proteção catódica em armaduras de aço-carbono e de técnicas alternativas de reparo para evitar incompatibilidade galvânica, além do uso de sensores para monitoração da corrosão. O objetivo é adotar um novo material de armadura ou proteção catódica em obras novas e técnicas eficientes de reparo de obras já existentes, ambas localizadas em ambiente marinho No final, a decisão será feita com base em estudo custo x benefício específico para cada obra.

20 Corpos de prova Fissura Baseado nas normas ASTM A955: 2015 e ASTM G109: 2007 Dimensão de 400 mm x 150 mm x 150 mm Solução de Ca(OH) 2 (molhamento Zn) e NaCl 3 % (contaminação Aço-C e zincado) Ciclos de 2 semanas de molhamento ou contaminação e 2 semanas secas Medição de potencial de circuito aberto e de corrente da macrocélula no terminal de um resistor de 100 Ω Conexão elétrica Curto-circuito

21 Dosagem do concreto Cimento CP V ARI RS (kg/m³) Metacaulim (kg/m³) Areia de Quartzo (kg/m³) Areia Artificial (kg/m³) Brita 0 (kg/m³) Água (L/m³) Aditivo super glenium (kg/m³) ,7 Relação a/c de 0,535 Abatimento de (100 ± 20) mm Resistência a compressão de 51,19 MPa em 28 dias Concreto de melhor qualidade (menos poroso) que o geralmente utilizado em estudos de armadura, porém mais próximo do utilizado nas obras

22 Ensaios Ensaio de laboratório Ensaio de campo Flutuante Isabel

23 Potencial (mv, Ag AgCl 3 mol/l) Carga acumulada (C) Resultados Aço-carbono sem revestimento Potencial de circuito aberto e carga acumulada ASTM G indica corrosão visível a partir de 150 C para açocarbono AC - 1 AC - 2 AC - 3 AC - 4 AC - 5 AC AC Ciclo de molhamento/secagem Ciclos de molhamento/ secagem AC - 8

24 Potencial (mv, Ag AgCl 3 mol/l) Carga acumulada (C) Resultados Aço-carbono zincado e cromatizado Potencial de circuito aberto e carga acumulada Não há norma que indique a carga para corrosão visível do aço zincado ZN - 1 ZN - 2 ZN - 3 ZN - 4 ZN - 5 ZN - 6 ZN Ciclo de molhamento/ secagem Ciclos de molhamento/ secagem ZN - 8

25 Resultados Aço-carbono zincado e cromatizado Aspecto da barra e produto de corrosão Barra superior Barra inferior Produto de corrosão escuro Por EDS e XRD foram identificados: zinco metálico carbonato de cálcio sílica hidroxizincato de cálcio (CaHZn)

26 Conclusões O uso de armaduras de aço galvanizado é uma realidade no exterior e tem por objetivo estender a vida útil das estruturas de concreto armado. O custo inicial da armadura zincada é compensado pela diminuição das manutenções em obras em que se deseja vida útil elevada. É necessário desenvolver capacitação no Brasil para dar apoio ao mercado. O IPT iniciou estudo comparando o desempenho do aço-carbono x aço galvanizado, porém ainda não observou o ataque por cloreto em ambas as armaduras. Espera-se que esse estudo seja o primeiro caminho para a capacitação do seu corpo técnico.

27 Agradecimentos especiais para Juliana Cardoso e Mayara Stecanella pela preparação dessa apresentação