Grupo de Materiais de Construção Departamento de Construção Civil Universidade Federal do Paraná

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1 Grupo de Materiais de Construção ELETROQUÍMICA E CORROSÃO METÁLICA Disciplina: Materiais I Turma: TC-030 Introdução: Materiais metálicos = metais e ligas metálicas: Subst. inorgânica c/ 1 ou + elementos metálicos (e não metálicos) Elementos metálicos: Ferro, cobre, alumínio, níquel, titânio... Não metálicos em ligas: Carbono, o nitrogênio e o oxigênio. Prof. Dr. Marcelo Medeiros Ponte sobre a grota do São João, Estrada de Ferro Curitiba-Paranaguá, (1885) Aço = 99,7% Fe + 0,3% C 1 ROCA engenharia 2 Introdução: Introdução: Minérios de metais: Em geral formas oxidadas do metal. Quantidade significativa de energia p/ reduzir minério ao metal puro. Fundição e conformação posterior do metal envolvem processos onde mais energia é gasta. Corrosão Tendência do metal reverter ao seu estado original, o de mais baixa energia. A tendência de decréscimo energético é a principal encorajadora à corrosão metálica. 3 4 Introdução: Introdução: Corrosão afeta diversos setores: Indústrias - química, petroquímica, etc. CICLO DO FERRO Meios de transporte - aviões, automóveis, navios, etc. Medicina implantes Monumentos Construção civil ( Pannoni, F. D.) 5 6 1

2 DURABILIDADE DO CONCRETO Gastos de paises europeus com manutenção e reparos: Pais França Alemanhã Itália Reino Unido Gastos com construções novas 85,6 Bilhões de Euros (52%) 99,7 Bilhões de Euros (50%) 58,6 Bilhões de Euros (43%) 60,7 Bilhões de Pounds (50%) (Dados do ano 2004, p/ Itália ano de 2002) Gastos com manutenção e reparo 79,6 Bilhões de Euros (48%) 99,0 Bilhões de Euros (50%) 76,8 Bilhões de Euros (57%) 61,2 Bilhões de Pounds (50%) Gastos totais com construção 165,2 Bilhões de Euros (100%) 198,7 Bilhões de Euros (100%) 135,4 Bilhões de Euros (100%) 121,9 Bilhões de Pounds (100%) (Ueda, Tanaka; 2007) FONTE: Revista Concreto - Ibracon 7 Corrosão: Introdução: É importante compreender os fenômenos que envolvem a corrosão para que se possa melhor combatê-la. Gera perdas econômicas imensas Custos do combate à corrosão - ±1,8 % do PIB 8 Conceito de Corrosão: Deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica, pode ou não estar associada a esforços mecânicos. Conceito de Corrosão: Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos não metálicos: O 2, S, H 2 S, CO 2... Produz compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extraídos. Corrosão dos materiais metálicos = corrosão metálica. 9 (G. S. Pimenta, 2006) 10 Processos corrosivos classificados em dois grupos: Corrosão Química Conceito de Corrosão: Corrosão Eletroquímica Corrosão química: Processo menos freqüente na natureza Sob temperaturas elevadas. Caracterizada por: Conceito de Corrosão: Ausência da água líquida; Temperaturas acima do ponto de orvalho da água; Interação direta entre o metal e o meio corrosivo. Não se necessita de água líquida. Corrosão seca

3 Corrosão química: Interação direta entre o metal e o meio corrosivo. Ocorre em equipamentos que trabalham aquecidos: fornos, caldeiras, unidades de processo, etc. Chapa de aço inox atacada por ácido clorídrico Conceito de Corrosão: Corrosão química: Conceito de Corrosão: Os casos mais comuns são a reação com o oxigênio (OXIDAÇÃO SECA), a dissolução e a formação de compostos. OXIDAÇÃO DO FERRO AO AR SECO Fe + ½ O 2 FeO T= 1000 C 3Fe + 2O 2 Fe 3 O 4 T= 600 C 2Fe + 3/2 O 2 Fe 2 O 3 T= 400 C 13 Carepa de laminação: produto aderente e resistente (óxido de ferro) 14 Conceito de Corrosão: (mais freqüente na natureza) Caracterizada por: Necessidade da presença de água no estado líquido; Forma uma pilha ou célula de corrosão, c/ a circulação de elétrons na superfície metálica. Corrosão: reação com a água Conceito de Corrosão: forma ferrugem: produto não aderente, com baixa resistência e muito expansivo (hidróxido de ferro) Como o eletrólito contém água líquida, a corrosão eletroquímica é denominada: Corrosão em meio aquoso Este é o tipo de Corrosão mais comum Conceito de Corrosão: Processo eletroquímico Forma composto expansivo NOBREZA CRESCENTE Magnésio Ligas de magnésio Zinco Aço galvanizado Ligas de alumínio 5052, 3004, 3003, 1100, 6053 Cádmio Ligas de alumínio 2117, 2017, 2024 Aço baixo carbono... Chumbo Estanho Ligas de cobre... Aços inoxidáveis... Prata Titânio Grafite Ouro Platina

4 NOBREZA CRESCENTE Magnésio Ligas de magnésio Zinco Aço galvanizado Ligas de alumínio 5052, 3004, 3003, 1100, 6053 Cádmio Ligas de alumínio 2117, 2017, 2024 Aço baixo carbono... Chumbo Estanho Ligas de cobre... Aços inoxidáveis... Prata Titânio Grafite Ouro Platina Metais diferentes: (pilha galvânica) Dois metais ou ligas diferentes em contato elétrico na presença de eletrólito. O metal com menor potencial torna-se o ânodo, isto é, perde elétrons para o metal de maior potencial Fe Cu Fe Cu Caso 1 Caso Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica Fe i e - Cu Zn i e - Fe Fe +2 Fe +3 ânodo cátodo ânodo cátodo Caso 3 Caso

5 Exemplo de aplicação: Proteção catódica de tubos de aço enterrados Metais diferentes: (Corrosão galvânica) Solo Mg Nível do terreno Aço inox Aço inoxidável = liga de Ferro e Cromo (mín.11%), podendo conter também Níquel, Molibdênio e outros. Tubulação de aço carbono (Panonni, F. D.) Aço carbono Incompatibilidade do aço inox do corrimão 25 com o aço carbono do apoio. 26 Metais diferentes: (Corrosão galvânica) Metais diferentes: (Corrosão galvânica) (Martin McGovern- CONCRETE TECNOLOGY TODAY) Aço = liga metálica formada por ferro e carbono, (%C entre 0,008 e 2,11% ). Tubulação em aço galvanizado unida com tubulação de cobre. 27 Gradil unido por solda às armaduras de aços diferentes. Aço carbono comum com aços para armado. 28 Metais diferentes: (Corrosão galvânica) Metais diferentes: (Corrosão galvânica) Isolamento do contato (Granato - Basf) Brise unido por solda às armaduras (aços diferentes) (Granato - Basf) 29 Telhas galvanizadas ou de alumínio em contato com a estrutura de ferro. 30 5

6 Metais diferentes: (Corrosão galvânica) Exemplo: Corrosão Galvânica Metais diferentes: Formação de um par galvânico devido à grande diferença de nobreza entre dois elementos de uma liga metálica. Tipos: grafítica e deszincificação. (Gentil, 1996) Deszincificação da parte interna de uma válvula de latão (José Freitas Jr.) Detalhe de fixação de tubo de cobre com alça de aço galvanizado com afastador de PVC p/ evitar a corrosão galvânica Condições termodinâmicas para que haja corrosão eletroquímica: ddp eletrólito conexão elétrica Pilha de Corrosão Eletroquímica: Elementos fundamentais: Conceito de Corrosão: Área anódica: (metal que perde ou cede elétrons) Superfície onde ocorre a corrosão (oxidação); Área catódica: (metal que recebe os elétrons) Superfície protegida onde não há corrosão (reações de redução); Eletrólito: Solução condutora envolve as áreas anódica e catódica. (Em geral solução de água c/ ácidos ou bases) ; Ligação elétrica entre as áreas anódica e a catódica Causas para a diferença de potencial: Metais diferentes Corrosão galvânica Fe i ânodo Fe +2 Fe +3 e - cátodo Cu Caso 3 35 Aeração diferencial Concentrações diferentes de oxigênio causa diferença de potencial. Causas para a diferença de potencial: Em metais iguais Fe ânodo O 2 O 2 Caso 5 O 2 O 2 O 2 Cátodo Fe 36 6

7 Em metais iguais Aeração diferencial Concentrações diferentes de oxigênio. Eletrólito no interior de uma fresta, concentra menos oxigênio (área anódica) que na parte externa (área catódica). (Panonni, F. D.) Causas para a diferença de potencial: O desgaste se processará no interior da fresta. (C. T. Tebecherani) (Panonni, F. D.) 37 Concentração iônica diferencial Quando um metal é exposto a concentrações diferentes de seus próprios íons. Causas para a diferença de potencial: Em metais iguais Fe Fe +3 Fe +3 Fe +3 Cátodo Fe +3 Fe +3 Fe +3 Fe +3 Caso 6 Fe +3 Fe +3 Fe +3 Ânodo Fe 38 Causas para a diferença de potencial: Em metais iguais Concentração iônica diferencial Freqüente em frestas quando o meio corrosivo é líquido. O interior da fresta concentra íons de metal (área catódica), a parte externa fica menos concentrada (área anódica), Corroi as bordas da fresta. Causas para a diferença de potencial: Em metais iguais Energia diferencial Correntes externas ou situações diversas que levam a deformações no reticulado cristalino do metal, causam diferença de potencial. ABRACO 39 (Panonni, F. D.) 40 Causas para a diferença de potencial: Causas para a diferença de potencial: Em metais iguais Energia diferencial Em metais iguais Energia diferencial Diversas situações podem criar diferenças nos níveis de energia interna no reticulado cristalino dos metais: Estados diferentes de tensões Estados diferentes de deformações Acabamento superficial Tratamentos térmicos diferentes Gradiente de temperatura 41 Região curvada do tubo tem seu reticulado cristalino deformado. Esta área torna-se o ânodo. (Gentil, 1996) Corrosão sob tensão em aço inoxidável 42 7

8 Em metais iguais Estados diferentes de tensões Extremidades das vigas sob maior tensão levou a corrosões localizadas. Causas para a diferença de potencial: Energia diferencial (Gentil, 1996) 43 Passivação: Termo que significa que o metal está passivo ao processo de corrosão. Decorrente da formação de uma película fina de óxido estável e aderente na superfície do metal. Alguns metais são formadores desta película protetora, como: Chumbo, cromo, alumínio, aço inoxidável, ferro, cromo e titânio... Em geral metais onde não há crescimento significativo de volume com a oxidação. 44 Passivação: Passivação: Mesmo existindo: Condições termodinâmicas para que haja corrosão eletroquímica: ddp eletrólito conexão elétrica + Aço Passivo Não existe corrosão 45 (G. S. Pimenta, 2006) (G. S. Pimenta, 2006) Taxas de Corrosão de um Metal Passivável Taxas de Corrosão de um Metal Não Passivável A película passivante de óxido pode ser removida em certas condições químicas. Ex.: íons cloreto dissolvem a película passivante no aço 46 Passivação: Uma fina camada de óxido que atua como barreira contra a continuação da corrosão. Exemplos: Aço inoxidável; Aço patinável; Ligas de alumínio. Passivação: Aço Patinável adição de 0,2 a 0,5% de Cobre Edifício Kaze (São Paulo-SP) Barreira de óxido recristalizado em aço patinável

9 Passivação: Aço Patinável adição de 0,2 a 0,5% de Cobre Ponte Pedro Ivo Campos Florianópolis SC Passivação: Ponte Pedro Ivo Campos Ponte Colombo Salles wikipedia 49 Resistência à corrosão de um aço patinável (ASTM A242) e de um aço carbono comum (ASTM A36). A medida é feita em termos da perda de massa metálica em função do tempo de exposição em meses. (Pannoni, F. D.) 50 Principais Meios Corrosivos: São responsáveis pelo aparecimento do eletrólito e dos agentes corrosivos. Atmosfera: Ar contém umidade, sais em suspensão, poeira, poluição gases industriais (Cl -, CO 2, SO 2, H 2 S, NO 2 )... Atmosfera: Ar contém umidade, sais em suspensão, poeira, poluição gases industriais (Cl -, CO 2, SO 2, H 2 S, NO 2 )... Ambiente Urbano Ataque por CO 2 Corrosão atmosférica em pé de pilar Ambiente Marítimo Ataque por Cl - ABRACO Principais Meios Corrosivos: Solos: Contêm umidade, acidez, sais minerais e bactérias. Corrosão localizada causada pelo solo Principais Meios Corrosivos: Água do mar: Contêm quantidade apreciável de sais. (Cloretos, sulfatos, bicarbonatos...) Água do mar: Eletrólito por excelência. ABRACO Águas naturais (rios, lagos e do subsolo): Podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. 53 Corrosão de pilares de aço em água marinha (Gentil, 1996) 54 9

10 Principais Meios Corrosivos: Ambientes industriais: Produtos químicos: Principais Meios Corrosivos: Ambientes industriais: Produtos químicos: O cloro é utilizado como agente de branqueamento de celulose na indústria de papel. Estações de Tratamento de água Materiais ácidos (como ácido sulfúrico) estão presentes nos processos de produção da indústria de fertilizantes. Meio altamente corrosivo para os metais Corrosão por pite em alumínio e ferro (Gentil, 1996) 55 (Gentil, 1996) 56 Principais Meios Corrosivos e Eletrólitos São responsáveis pelo aparecimento do eletrólito e dos agentes corrosivos. Atmosfera: Presença de água (eletrólito) e ar (oxigênio) em contato com o aço (Fe), já é o suficiente para a formação da célula de corrosão. 57 Velocidade de corrosão: Taxa de corrosão: Massadesgastada 1 Taxadecorrosão= Área t Depende de: Diferença de potencial entre áreas anódicas e catódicas; Resistência de contato das áreas anódicas e catódicas. A ddp pode ser influenciada por: Resistividade do eletrólito; Superfície de contato das áreas anódicas e catódicas; Fenômenos de polarização e passivação. 58 OUTROS FATORES: Velocidade de corrosão: Aeração do meio corrosivo: velocidade de corrosão aumenta com o acréscimo da taxa de oxigênio dissolvido. ph de eletrólito: taxas de corrosão aumentam com a diminuição do ph. OUTROS FATORES: Velocidade de corrosão: Temperatura: aumento acelera as reações químicas. Efeito da velocidade: velocidade de fluxo do eletrólito. Sob movimento turbulento tem-se > ação erosiva. Efeito da velocidade relativa do metal / eletrólito na corrosão do aço em água do mar (G. S. Pimenta, 2006) 59 (G. S. Pimenta, 2006) 60 10

11 Formas físicas que a corrosão se apresenta: (F. D. Pannoni) 61 (F. D. Pannoni) 62 Cátodos e ânodos são distribuídos aleatoriamente por toda a superfície metálica e conectados eletricamente pelo substrato de aço. Íons ferrosos e hidroxilas são formadas através de reações eletroquímicas, e se difundem superficialmente. Corrosão uniforme: Conforme as áreas anódicas corroem, um novo material, de diferente composição (a ferrugem) vai sendo exposta. Este novo material causa alterações dos potenciais elétricos entre as áreas anódicas e catódicas, causando sua mudança de local. Com o tempo, as áreas catódicas de tornam anódicas, e toda a superfície acaba se corroendo de modo uniforme. (F. D. Pannoni) 63 A perda de massa e modo de ataque sobre o material dá-se de formas diferentes. Corrosão uniforme: Aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada. Comum em metais que não formam películas protetoras Corrosão uniforme Corrosão uniforme Corrosão atmosférica ABRACO (F. D. Pannoni) 65 Corrosão uniforme em tubo enterrado 66 11

12 Corrosão em frestas: Interior da fresta acumula eletrólito (água), tem menos oxigênio (área anódica) que na parte externa (área catódica). Corrosão por placas: Produtos de corrosão formam placas que se desprendem progressivamente. Metais c/ produtos da corrosão (expansivos). Pilar cujo foi exposto ao cloro da água marinha (Marcelo Medeiros) Corrosão no interior da fresta (José Freitas Jr.) 68 Corrosão por placas: Corrosão alveolar: Desgaste localizado, com o aspecto de crateras. FOSROC (Moacir H. Inoue) Armaduras de armado 69 ABRACO 70 Corrosão alveolar: Muito localizada Profundidade < diâmetro Fundo arredondado Corrosão alveolar: Desgaste localizado em regiões onde a película protetora (pintura, cromagem, pátina,...) encontra-se com falhas ABRACO

13 Corrosão por pite: Muito localizada e de alta intensidade. Profundidade > diâmetro. Corrosão por pite: Comum em aços inoxidáveis ABRACO (Tebecherani; C. T) 73 Corrosão por pite em aço inox 74 Corrosão intergranular ou intercristalina: Corrosão intergranular ou intercristalina: Ataque no contorno dos grãos. Comum em aços inoxidáveis. ABRACO ABRACO Corrosão intergranular (sensitização) em bloco fundido de aço inox (Tebecherani; C. T) Corrosão intergranular ou intercristalina: Corrosão intergranular ou intercristalina: met-tech.com Fissura devido a corrosão intergranular por stress em um tubo trocador de calor de liga INCONEL (liga de Ni-Cr para altas temperaturas). Mag: 500X 77 Corrosão intergranular, de dentro para fora, em folhas de alumínio de isolamento térmico 78 13

14 Corrosão transgranular ou transcristalina: Forma trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material. Tanto a corrosão intergranular como a transgranular levam a ruptura de corrosão sob tensão (Tebecherani; C. T) ABRACO Corrosão sob-tensão em aço inoxidável Corrosão sob tensão Corrosão sob tensão Corrosão sob tensão em aço inoxidável RIMT (Gentil, 2003) (Costa, E. M.) (Gentil, 2003) Cordoalhas de protendido (Gentil, 1996) Corrosão associada ao fluxo de materiais CORROSÃO-EROSÃO Erosão é o desgaste mecânico provocado pela abrasão superficial de uma substância sólida, líquida ou gasosa. Fluxo de material sólido Fluxo de líquido contendo partículas sólidas Fluxo de gás contendo partículas líquidas ou sólidas Meio líquido Metal Corrosão associada ao fluxo de materiais CORROSÃO-EROSÃO Remove as películas protetoras constituídas de produtos de corrosão

15 Corrosão associada ao fluxo de materiais CORROSÃO-EROSÃO Corrosão associada ao fluxo de materiais CAVITAÇÃO Desgaste devido a ondas de choque do líquido, oriundas do colapso de bolhas gasosas. Cavitação em bomba centrífuga Erosão de rotor de bronze de bomba 85 (Gentil,1996) 86 É o nome que se dá ao fenômeno de vaporização de um líquido pela redução da pressão, durante seu movimento. Corrosão associada ao fluxo de materiais CAVITAÇÃO Corrosão associada ao fluxo de materiais CAVITAÇÃO - Para todo fluido no estado líquido pode ser estabelecida uma curva que relaciona a pressão à temperatura em que ocorre a sua vaporização. Por exemplo: na pressão atmosférica a temperatura de vaporização da água é de cerca de 100 C. - Contudo, a uma pressão menor, a temperatura de vaporização também se reduz Corrosão associada ao fluxo de materiais CAVITAÇÃO Corrosão associada ao fluxo de materiais CAVITAÇÃO Teorema de Bernoulli: Um fluido escoando, ao ser acelerado, tem uma redução da pressão, para que a sua energia Então ocorrerá a "implosão dessas bolhas. mecânica se mantenha constante

16 Corrosão associada ao fluxo de materiais CAVITAÇÃO CORROSÃO DAS ARMADURAS DE CONCRETO A corrosão de armaduras pode ser classificada em: Corrosão generalizada; Corrosão por pite (ou puntiforme); Corrosão sob tensão fraturante: Ocorre eminentemente em estruturas protendidas; Podem ocorrer em estruturas de armado; Sua ocorrência é grande em ambientes ricos em cloretos e com níveis elevados de tensão. Concreto novo é um meio bastante alcalino (ph=12,6) As armaduras estão passivas à corrosão. Com o tempo pode ocorrer a perda de passivação das armaduras por: Carbonatação do Presença de íons cloreto DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO Carbonatação Nas superfícies expostas a alta alcalinidade devido ao Ca(OH) 2 liberado na hidratação, este composto pode ser reduzido pela ação do CO 2. Este processo é chamado carbonatação e geralmente é condição essencial para o início da corrosão das armaduras. DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO Carbonatação Felizmente, o processo de carbonatação é lento, atenuando-se com o tempo devido aos produtos de hidratação e pelos próprios produtos da carbonatação (CaCO 3 ), que colmatam os poros superficiais, dificultando a entrada de CO 2 do ar

17 DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO Em s novos, ambiente alcalino ph=12,6; sem a presença de cloreto o aço está PASSIVO ao fenômeno. CARBONATAÇÃO reduz o ph e despassiva o aço. DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO Diagrama de Pourbaix Fe-água (sem cloreto) Carbonatação: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O (J.S. Coutinho) 97 Limite de ph p/ haver corrosão 98 Cloretos promovem a despassivação precoce do aço, mesmo em ambientes alcalinos. Teor crítico 0,3% m.c. (CYTED, 1997) Origem dos cloretos: Difusão de íons a partir do exterior (atm. marinha) Aditivos aceleradores de pega (CaCl 2 ) Areia ou água contaminada por sal (NaCl) Tratamentos de limpeza com ácido muriático (HCl) Sal (NaCl) como agente anticongelante Também através de salmoras industriais e maresias. Diagrama de Pourbaix Fe-água com Cl 99 Corrosão acontece sob qualquer ph 100 Barra de aço revestida com tinta epóxi corroída devido a penetração de cloro no. Qualquer dano na pintura, ocorrido durante o processo da montagem permite o contato do cloro com o aço. Areia marinha contaminada com cloro (MANUAL CYTED)

18 Ação dos Cloretos (Cl - ): Os íons cloretos eram introduzidos intencionalmente nas estruturas de como agente acelerador de pega e endurecedor. Aparecem também através de agregado ou água contaminados. Em climas frios, podem vir através dos sais anticongelantes. Também através de salmouras industriais e maresias Ação dos Cloretos (Cl - ): Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl - ): Absorção capilar; Difusão iônica; Permeabilidade; Migração iônica. 104 Ação dos Cloretos (Cl - ): Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl - ): Absorção capilar A absorção capilar é a primeira porta de entrada dos íons cloreto, provenientes, por exemplo, de névoa marítima. Depende da porosidade, viscosidade e tensão superficial do líquido. 105 Ação dos Cloretos (Cl - ): Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl - ): Difusão iônica A absorção capilar ocorre na superfície do, sendo que a difusão iônica é o principal mecanismo de transporte no interior da estrutura, em meio aquoso. Permeabilidade Representa a facilidade de penetração por uma pressão. 106 Ação dos Cloretos (Cl - ): Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl - ): Corrosão das armaduras de Penetração de Cloretos Migração iônica Os íons cloretos por serem cargas negativas, promovem migração iônica, o qual pode se dar pelo próprio campo gerado pela corrente elétrica do processo eletroquímico, como por ação de campos elétricos externos. Medeiros (2008)

19 Corrosão das armaduras de Corrosão das armaduras de Cl - Cl - Fe(OH) 2 FeCl 2 Cl - Cl - Corrosão por pites (alta concentração de cloro) Cl - Cl - O ânodo formado atrai Íons de cloro, de carga negativa, continuamente para o mesmo ponto causando uma corrosão localizada e profunda (pite). 109 (Paulo Barbosa, PhDesign,2006) 110 Corrosão das armaduras de Corrosão por pites (alta concentração de cloro) Corrosão das armaduras de Corrosão por pites: Barra corroída de um pavimento de armado exposto ao uso de sal como anti-congelante. MEDEIROS, M. ; GROCHOSKI, M (2007) Corrosão do aço carbono REAÇÃO EXPANSIVA Ferro, produtos da corrosão e seus volumes relativos: (Cascudo, 1997) (Adaptação de P.Helene, 1986)

20 Corrosão do aço carbono REAÇÃO EXPANSIVA Progressão da deterioração da estrutura devido à corrosão das armaduras Cuidados: Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Cobrimento Maior tempo p/ camada carbonatada chegar ao aço Concreto menos permeável Menor relação a/c e maior fck Cuidados com formas arquitetônicas e drenagem Proteção da superfície do - revestimentos (P.Helene, 1986) 115 Armaduras especialmente passivas: Aços revestidos (epoxi, galvanização) Aços inoxidáveis Armaduras de fibras (carbono, vidro, kevlar) 116 Cuidados: Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Cuidados no uso de aditivos que contenham em sua fórmula o cloreto de cálcio; Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Cobrimento - Maior tempo p/ camada carbonatada chegar ao aço Profundidade de carbonatação com o tempo e fator a/c Espessura de cobrimento das armaduras adequado a agressividade do meio; Cuidados especiais se o estiver sujeito à correntes elétricas; Utilizar dosagem adequada, com o mínimo de água para a hidratação. 117 (P.Helene, 1986 de Soretz, 1967) 118 Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Concreto menos permeável - Menor relação a/c e maior fck Influência do fator a/c na profundidade de carbonatação Avaliação: PROFUNDIDADE DA CARBONATAÇÃO Frente de carbonatação (P.Helene, 1986 de Soretz, 1967) Fenolftaleina reage com o hidróxido de cálcio e fica na cor vermelho carmim indicando ph > 9, Foto: Marcelo Medeiros

21 Fonte: NBR 6118/2003 Macro-clima Seco U.R. 65% Ambientes internos Úmido ou ciclos de molhamento e secagem Micro-clima Ambientes ext. e obras em geral Seco U.R. 65% Úmido ou ciclos de molhamento e secagem Rural I I I II Urbana I II I II Marinha II III --- III Industrial II III II III Especial II III OU IV III III OU IV Respingo de maré Submersa 3 m Prevenção da corrosão das armaduras de CA: IV I Solo Não agressivo - I Úmido e agressivo - II, III ou IV 121 Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Classe de agressividade Agressividade Risco de deterioração da estrutura I Fraca Insignificante II Média Pequeno III Forte Grande IV Muito forte Elevado Fonte: NBR 6118/ Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Fonte: NBR 6118/2003 Cobrimento - Maior tempo p/ camada carbonatada chegar ao aço Tipo de estrutura Concreto armado Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental (tabela 1) I II III IV 3) Cobrimento nominal (mm) Laje 2) Viga/Pilar Concreto Todos protendido 1) 1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão. 2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos, e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelo item respeitado um cobrimento nominal 15 mm. 3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos a armadura deve ter cobrimento nominal 45mm. 123 Concreto menos permeável - Menor relação a/c e maior fck Relações a/a máximas e f ck mínimo - NBR 6118 (2003) Concreto Tipo Classe de agressividade (tabela 1) Relação água/aglomerante em massa Classe de (NBR 8953) Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do NOTAS: CA Componentes e elementos estruturais de armado CP Componentes e elementos estruturais de protendido a/a = água/aglomerante I II III IV CA 0,65 0,60 0,55 0,45 CP 0,60 0,55 0,50 0,45 CA C20 C25 C30 C40 CP C25 C30 C35 C40 a/c= água/cimento 124 Prevenção da corrosão das armaduras de CA: Tipo de cimento influencia a velocidade da carbonatação O tipo de cimento influencia a velocidade de carbonatação já que a reserva alcalina é função da composição química do cimento e das adições. Prevenção da corrosão das armaduras de CA: FORMAS ARQUITETÔNICAS E DRENAGEM Marquises em balanço -Lajes s/ vigas!! -Drenagem / limpeza? -Impermeabilização? - Cobrimento? CIMENTO COM ADIÇÕES CP III CP IV > CIMENTO SEM ADIÇÕES CP II F 125 (José A. Freitas Jr.) Marquise desabou na Avenida Churchill 97, RJ. 19/12/2008 O DIAONLINE

22 Prevenção da corrosão das armaduras de CA: DETALHES CONSTRUTIVOS Prevenção da corrosão das armaduras de CA: DETALHES CONSTRUTIVOS Infiltrações nas juntas e apoios de neoprene (Eng. Moacir. H. Inoue) (Granato - Basf) Brise unido c/ as armaduras (corrosão galvânica) (Granato - Basf) 127 (Eng. Moacir. H. Inoue) Superfícies horizontais acumulam água 128 Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO O potencial eletroquímico de corrosão das armaduras imersas no indica a situação de corrosão ou passividade destas. Fornece informações qualitativas que devem ser utilizadas como complemento de outros ensaios. Medição do potencial de corrosão de um. Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO A medida é a determinação da ddp elétrico entre as armaduras e um eletrodo de referência que se coloca em contato com a superfície do. Não dá informações sobre o quanto corroeu ou está corroendo, fornece somente a probabilidade do processo estar ocorrendo ou não. (Helene,P.; 1986) Fosroc Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO O potencial de corrosão é função de um grande número de variáveis: % umidade e oxigênio no, Cobrimento, Fissuras e Correntes erráticas. Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO As medidas podem ser tomadas isoladamente ou em forma sistemática c/ objetivo de obter "mapa de potenciais" da estrutura. Mapa permite identificar zonas possivelmente corroídas de zonas não corroídas ou passivadas. GEOCISA GEOCISA GEOCISA

23 Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA A resistividade elétrica do (condutividade iônica do eletrólito) é um parâmetro que em conjunto com a disponibilidade de oxigênio, controla a velocidade de corrosão do aço. A resistividade depende fundamentalmente da umidade contida nos poros do. Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA Uma corrente elétrica é aplicada entre os eletrodos externos. A diferença de potencial gerada entre os eletrodos internos propicia a medida da resistividade. CRITÉRIOS CEB 192 ρ= 2. Π. a. V / I Existem dois métodos: a) Método dos Quatro Eletrodos ou método de Wenner b) Método da ABNT que emprega três eletrodos Fosroc 133 (Helene,P.; 1986) 134 Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA Medidas sistemáticas permitem montar o "mapa de resistividade. Este mapa indica as probabilidades de corrosão nos diversos locais da peça estrutural. GEOCISA 135 Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO (Rp) representa a inércia do sistema em desenvolver processo eletroquímico de corrosão. Aço passivado apresenta Rp muito maior que aço sofrendo corrosão. A técnica é a aplicação de um pequeno sinal à armadura em análise e, que exerce uma pequena polarização no aço, em torno do potencial livre que ele se encontra. Caso esteja ocorrendo a corrosão, seu potencial livre é o próprio potencial de corrosão. 136 Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO P/ obtenção da Rp emprega-se um potensiostato. Interliga-se eletrodo de referência às armaduras e um contraeletrodo. Fecha o circuito permitindo a circulação de corrente. Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO GECOR 6 GEOCISA GECOR6 GEOCISA 137 GEOCISA

24 protendido Corrosão sob-tensão Processo destrutivo de um metal ou liga metálica resultante da ação simultânea de um meio agressivo (específico para cada metal) e de tensões de tração estáticas residuais ou aplicadas sobre o metal ou liga. (Wolynec, 1979) Características: Nem todos os metais ou ligas são suscetíveis (Ex. aço carbono não submetido ao processo de trefilação). Manifesta-se na forma transgranular ou transcristalina. A fratura não apresenta estricção (fragilidade alta). 139 protendido Características: Produtos formados durante o processo corrosivo normalmente são invisíveis. É possível ter peças trincadas ou rompidas por corrosão sob-tensão sem que a superfície denote evidência de processo corrosivo generalizado. A corrosão sob-tensão somente ocorre quando ambas a tensão de serviço do metal e a concentração do agente agressivo ultrapassam certos valores críticos (somente ocorre em condições altamente específicas). 140 protendido Corrosão sob-tensão se manifesta em fios e cordoalhas de protendido. Ocorre a formação de trincas no interior dos grãos que rapidamente reduzem a seção da peça de aço. Cordoalhas Ponte Rio-Niteroi Corrosão encontrada por RIMT (C. T. Tebecherani) 141 protendido CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina Corrosão sob-tensão Elevado Av. Paulo de Frontin 11/1971, Rio de Janeiro, 122 m do Elevado Paulo de Frontin, em construção, desabaram. Tragédia causou a morte de 28 e deixou 30 feridas, destruindo 17 carros, três táxis, um caminhão e um ônibus. Desmoronamento aconteceu na hora em que um caminhão, carregado de, passava sobre o trecho. 142 CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina Corrosão sob-tensão Elevado Av. Paulo de Frontin Conclusões preliminares: Corrosão das cordoalhas de protensão, janela de inspeção mantida aberta. (Jornal do Brasil) protendido (O Globo) protendido CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina Corrosão sob-tensão Ponte dos Remédios Em 3/6/97, São Paulo, 29 anos de idade, 26 cabos de protensão rompidos Tecnologia do CP da época é uma das causas da baixa durabilidade. Aço não era aliviado de tensões, sujeito relaxamento muito maior que o previsto. Bainhas não garantiam a vedação na concretagem, criavam atritos que reduziam sensivelmente a eficiência da protensão. Injeções de nata de cimento, c/ bombas manuais, não garantiam nem a aderência da armadura, nem a proteção contra stress corrosion

25 protendido Avaliação: AUSCULTAÇÃO DE CABOS PROTENDIDOS Vistoria quanto aos indícios de corrosão em cabos de C.P. O total preenchimento das bainhas p/ calda deve ser averiguado. Detectar corrosão em armaduras de C.A. é mais simples - aumento do volume do aço, e a expansão da superfície de recobrimento. É fundamental confirmar o envolvimento pela calda de cimento dos cabos assim como o preenchimento pleno das bainhas. R.I.M.T. - "Reflectometric Impulse Measurement Technique verifica o grau de corrosão das armaduras e os vazios das bainhas. 145 Avaliação: AUSCULTAÇÃO DE CABOS PROTENDIDOS O R.I.M.T. se baseia na transmissão e captura de ondas eletromagnéticas de curtíssima duração, mediante o impulso enviado ao longo do cabo protendido pelo equipamento. (Siqueira, Carlos H.,2003) protendido (Siqueira, Carlos H.,2003) 146 Referências - G. S. Pimenta ABRACO, Panonni, F. D.; Fundamentos da corrosão AÇOMINAS Perfis, Gentil, V.; Corrosão, 4. Ed. LTC, Rio de Janeiro, Mehta, P. K.; Monteiro, P. J. M. CONCRETO: Microestrutura, Propriedades e Materiais. 3.Ed. Ibracon,