ANOMALIAS DE ELEMENTOS METÁLICOS NA FAIXA COSTEIRA

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1 ANOMALIAS DE ELEMENTOS METÁLICOS NA FAIXA COSTEIRA Teresa de Deus Ferreira, Mestre em Construção Jorge de Brito, Professor Associado IST Os metais têm como principal processo de degradação a corrosão. Ao serem minerais quimicamente instáveis, reagem com o oxigénio da atmosfera dando origem ao seu processo de deterioração. Quando utilizados na construção na faixa costeira, em que a atmosfera apresenta níveis elevados de humidade atmosférica e grande concentração de cloretos, a corrosão é acelerada e particularmente nociva. 1. Introdução Os metais estão sujeitos a um mecanismo de protecção que é a oxidação. No seu estado bruto, após a extracção das minas, apresentam uma superfície irregular e são baços. Posteriormente são submetidos a tratamentos químicos, eléctricos, mecânicos e térmicos, a fim de se refinarem [1]. Uma vez colocados em contacto com o oxigénio da atmosfera, os metais tendem a reverter ao seu estado primitivo, formando óxidos na sua superfície. Nos metais não ferrosos (alumínio, zinco e cobre), a película de óxido natural formada irá funcionar como barreira protectora entre o metal e os agentes agressivos. Nos metais ferrosos (aço e ferro), esta camada de óxidos não é passivante do metal. Geralmente designada por ferrugem, este produto de corrosão é constituído por óxidos de ferro hidratados e extremamente expansivos [1]. 2. Metais não ferrosos 2.1 Alumínio O alumínio e as suas ligas têm alguma resistência à corrosão devido ao óxido (alumina) que se forma na sua superfície. Esta película fina forma-se quando uma superfície é cortada e exposta ao contacto com o ar. Quando realizada por processos artificiais, como a anodização, a película é mais espessa e oferece uma excelente protecção à corrosão. A camada de óxido é virtualmente transparente, dura e aderente. Após a sua formação, não cresce nem se destrói com o tempo (figura 1). Como é regenerativa, a abrasão acidental da sua superfície é rapidamente reparada. Geralmente, quanto maior for o grau de pureza do alumínio maior será a sua resistência à corrosão [2]. No entanto, em situações de ar contaminado, esta película pode ser destruída, originando a corrosão do metal. A corrosão do alumínio apresenta normalmente a forma localizada e ocorre em pontos fracos do filme de óxido. Estas lacunas propagam-se através da película em direcção à superfície do metal, resultando no destacamento do óxido e dando origem à corrosão por picadas nesses pontos. Só existe corrosão enquanto houver água na superfície. Daí que a corrosão atmosférica seja um processo descontínuo. Assim, as velocidades médias de corrosão encontradas dependem consideravelmente do tipo de atmosfera presente, conforme se constata no quadro 1.

2 Figura 1 - Alumínio anodizado com 30 anos de exposição na faixa costeira (Lisboa). Quadro 1 - Velocidade de corrosão média do alumínio em diferentes tipos de atmosfera [2]. Rural Urbana Industrial Marinha Tipo de atmosfera Velocidade de corrosão média Perda de espessura (µm ano -1 ) Profundidade de penetração das picadas (µm ano -1 ) 0-0,1 0,5-2,5 0, , , Zinco O zinco é um material durável, isento de manutenção e que permite a execução de formas complexas. A duração de uma aplicação de zinco, em coberturas ou fachadas, é proporcional à espessura da chapa utilizada e ao tipo de atmosfera a que está exposta (figuras 2 e 3). Figura 2 - Aplicação de zinco numa cobertura / fachada (Lisboa). Figura 3 - Aplicação de zinco numa fachada (Amsterdão - Holanda). Com a exposição ao ambiente, o aspecto brilhante que o zinco possui após o processo de laminagem vai-se transformando numa tonalidade mate acinzentada. A superfície do zinco reage com o oxigénio do ar, formando-se óxido de zinco. Na presença da

3 água (chuvas ou humidade), forma-se então hidróxido de zinco que, ao reagir com o dióxido de carbono da atmosfera, se transforma numa camada de carbonato básico de zinco densa, fortemente adesiva e insolúvel (pátina). Esta oxidação, ao contrário dos metais ferrosos, não destrói o material: a sua existência cria uma camada de material protector, responsável pela alta capacidade anti-corrosiva do zinco. Os cloretos da atmosfera marítima são ainda assim prejudiciais para a conservação do zinco. A sua resistência pode ficar reduzida entre 30 e 60 anos por comparação com aplicações em atmosferas rurais. No entanto, a corrosão do zinco e do aço zincado na faixa costeira será 75% mais lenta do que a do aço sem protecção. 2.3 Cobre O cobre é um metal que, à semelhança do alumínio, tem a capacidade de formar uma película à superfície, que o protege. Esta camada protectora de produtos de corrosão, uma pátina esverdeada (figura 4) característica do natural envelhecimento do cobre, é constituída principalmente por sulfato básico de cobre mas, apesar de proteger o metal, não pára completamente a corrosão (figura 5). Figura 4 - Edifício público com fachada revestida a cobre (Edifício Nemo - Amsterdão - Holanda). Figura 5 - Caixilharia de cobre com elevado grau de oxidação (Sagres). O valor médio da velocidade de corrosão do cobre em atmosfera marítima é de 0,13 a 2,3 µm/ano -1, bastante mais lenta que a dos outros metais. A sua degradação depende da poluição do ar e da concentração de cloretos, sendo o ambiente misto (marítimo e industrial) o mais prejudicial. O cobre é dos metais mais resistentes à corrosão pela facilidade com que a pátina se refaz, mesmo quando danificada. Por ser um metal nobre, o seu potencial eléctrico é elevado e normalmente não é afectado por outros metais. No entanto, pode causar corrosão em alguns (ferro, alumínio e zinco) se existir contacto directo entre eles em presença de um electrólito (água). 2.4 Titânio Embora seja reactivo em certas condições, o titânio é muito resistente à corrosão devido à rápida formação de uma camada de óxido estável e regenerativa que isola o material da atmosfera circundante. Como resultado da sua grande resistência à corrosão a baixas temperaturas (em conjunto com outras propriedades, como a sua baixa densidade e grande resistência), o titânio

4 tem um vasto leque de aplicações (figura 6), principalmente na faixa costeira e mesmo dentro de água. Numa grande quantidade de situações, o titânio é mais resistente à corrosão a baixas temperaturas do que o aço inoxidável e o cobre [2]. É um metal muito utilizado em ligas com outros metais tais como alumínio, ferro, manganés, crómio, molibdénio e vanádio. Figura 6 - Aplicação de revestimento em titânio (Museu Guggenheim - Bilbau). Foto: Arq. Bruno Novo. 2.5 Bronze O bronze é uma liga resultante da conjugação do cobre com o estanho. A sua oxidação, devida ao contacto com a atmosfera, dá-lhe uma elevada resistência à corrosão, assim como um bom efeito estético com colorações diversas. No entanto, o aumento da poluição atmosférica pode levar à perda da capacidade protectora das pátinas. As pátinas formadas numa atmosfera urbana ou numa marítima reflectirão a natureza das duas atmosferas. Através de ensaios, verificam-se diferenças significativas, quer na morfologia, quer na composição das pátinas, devidas ao grau de agressividade das duas atmosferas (natureza e quantidade de poluentes e condições atmosféricas mais ou menos agressivas) [3]. 2.6 Latão O latão é uma liga resultante da conjugação do cobre com o zinco. É bastante sujeito à corrosão sendo o processo mais comum a deszincificação (desaparecimento do zinco) que deixa o cobre muito poroso e com fraca resistência mecânica. É um material muito utilizado em ferragens e em caixilharias (figura 7). 3. Metais ferrosos 3.1 Aço O aço é uma liga formada por vários elementos químicos, tendo o ferro e o carbono como principais componentes.

5 O aço tem boas prestações em ambientes secos (atmosferas rurais), mas a taxa de corrosão aumenta rapidamente em ambiente húmidos e salinos e em atmosferas industriais. Os metais ferrosos formam durante o processo de fabrico (por oxidação a altas temperaturas) um óxido chamado calamina, que geralmente não se mantém intacto. Este óxido não é aderente, pois cria escamas (figura 8) que se soltam da superfície do metal, provocando perda de massa e deixando-o exposto e vulnerável à continuação do processo corrosivo (figura 9). Figura 7 - Latão com oxidação por exposição marítima (Sagres). Figura 8 - Gradeamento com ferrugem em escamas (Santo Amaro de Oeiras). Figura 9 - Caixa de estore com corrosão severa (Figueira da Foz). Através de alterações na sua composição, o aço pode tornar-se mais resistente aos ambientes agressivos, como acontece com o aço inoxidável e o aço patinável. 3.2 Aço inoxidável É um tipo de aço que contém, pelo menos, 12% de crómio. A máxima protecção à corrosão ocorre com o aumento da percentagem de crómio que pode chegar aos 30% [2]. Os aços inoxidáveis são resistentes à corrosão devido ao fenómeno da passividade. Não é necessário tratar quimicamente o material para que isso aconteça; os elementos de liga presentes reagem com muita facilidade com o meio ambiente e um deles em particular, o crómio, ajuda a formar um película invisível e aderente, que protege o material da corrosão. Apesar de a atmosfera marinha ser muito severa, o aço inoxidável geralmente tem uma boa

6 resistência, mas é susceptível a alguns tipos de corrosão localizada como a intergranular, intersticial e por picadas (figura 10) [2]. Figura 10 - Na mesma construção, diferentes tipos de aço inoxidável apresentam níveis de corrosão distintos - escada em bom estado, iluminação encastrada com corrosão apreciável (São Pedro de Muel). 3.3 Aço patinável O aço patinável (conhecido como Corten, por ter sido a marca mais divulgada no nosso mercado) é obtido pela adição de cobre e crómio na composição do aço. Algumas siderúrgicas adicionam níquel, vanádio e nióbio. A sua aplicação não exige revestimento contra a corrosão devido à formação da pátina em contacto com a atmosfera que o protege. A resistência à corrosão atmosférica é cerca de oito vezes superior à dos aços comuns. O tempo necessário para a sua completa formação varia entre 2 e 3 anos, conforme o tipo de exposição ou de pré-tratamento para acelerar o processo (figuras 11 e 12). Figura 11 - Escultura em aço patinável (Richard Serra - Fundação de Serralves - Porto). Figura 12 - Aplicação de aço patinável (Lisboa). 4. Anomalias inerentes à localização O ar exterior pode ser seco ou húmido. Numa atmosfera sã e seca, os metais ferrosos formam uma camada de óxido protectora. Numa atmosfera húmida marítima, o ar com vapor de água saturado de sais vai provocar corrosão.

7 Os cloretos são transportados até às superfícies metálicas através de gotas ou de cristais (de cloreto de sódio, principalmente) trazidos pela brisa marítima. As regiões costeiras de Portugal foram classificadas pela ISO como C4 e C5 num universo de 5 taxas de corrosão que variam de muito baixa (C1) a muito severa (C5) (quadro 2) [10]. Quanto a parâmetros climáticos, o elemento mais importante no estudo da corrosão atmosférica é a humidade relativa do ar que, ao longo da costa ocidental, apresenta os maiores valores do país (superiores a 80%). Quando os valores ultrapassam 70%, estão estabelecidas as condições para o início do processo da corrosão. De grande influência são também a velocidade do vento e os períodos de insolação, porque determinam o maior ou menor período de tempo durante o qual a superfície metálica permanece húmida, designado por tempo de humedecimento, representando um papel muito importante no grau de corrosão [10]. Quadro 2 - Categorias de corrosividade atmosférica e número e gama de espessura dos esquemas actualmente em estudo na ISO [4]. CATEGORIA DE CORROSIVIDADE C1 C2 C3 C4 C5I C5M DESIGNAÇÃO Atmosfera de muito baixa corrosividade Atmosfera de baixa corrosividade Atmosfera de média corrosividade Atmosfera de alta corrosividade Atmosfera industrial de muito alta corrosividade Atmosfera marítima de muito alta corrosividade TAXA DE CORROSÃO/g.m -2.ano -1 AÇO MACIO ZINCO GAMA DE ESPESSURAS PREVISTA/µm < 10 < 0,7 - > > 0, > > > > A corrosão pode ser de dois tipos: a uniforme e a localizada. Na corrosão localizada, existem vários géneros, atendendo à sua origem e progressão e ainda ao aspecto visual resultante, indicando-se em seguida os principais tipos que afectam os componentes metálicos dos edifícios [2; 5; 6]. 4.1 Corrosão uniforme Na corrosão uniforme, o metal corrói-se uniformemente em toda a superfície exposta, resultando a diminuição gradual da espessura da secção (figura 13). Por vezes, formam-se camadas de produtos de corrosão protectores que inibem a corrosão ao longo do tempo. Está associada à corrosão atmosférica, a altas temperaturas e a ataque de sulfatos. Figura 13 - Corrosão uniforme [6].

8 4.2 Corrosão localizada Corrosão por picadas A corrosão por picadas ocorre em pequenos pontos da superfície do metal, variáveis em número, profundidade e largura, escavando-a, eventualmente até à perfuração completa, sem que haja corrosão generalizada na superfície (figura 14). Pode derivar de outros tipos de corrosão. Está associada à presença de cloretos no meio ou de microrganismos. Figura 14 - Corrosão por picadas em alumínio anodizado Corrosão intersticial A corrosão intersticial é localizada e semelhante à corrosão por picadas. Desenvolve-se em interstícios onde se podem formar pequenos volumes de água estagnada (fendas, uniões de peças, sob depósitos de partículas), no interior dos quais se dá corrosão por arejamento diferencial (figura 15). Os aços inoxidáveis e algumas ligas de níquel são particularmente susceptíveis a esta forma de corrosão Corrosão intergranular A corrosão intergranular desenvolve-se nos limites dos grãos cristalinos, com uma progressão semelhante à formação de fissuras, originando a desagregação da liga e a perda de propriedades mecânicas (figura 16). Figura 15 - Corrosão intersticial [6]. Figura 16 - Corrosão intergranular [6] Deszincificação A deszincificação é a corrosão selectiva do zinco (em latões), provocando a diminuição da resistência mecânica do metal. Há uma remoção selectiva do elemento menos nobre da liga

9 (figura 17). Poderá ter outras designações de acordo com o elemento que é removido. Figura 17 - Deszincificação [6] Corrosão bimetálica ou galvânica A corrosão bimetálica ou galvânica ocorre quando dois ou mais tipos de metais, em contacto eléctrico, na presença de um electrólito (condutor iónico), desenvolvem entre si uma diferença de potencial eléctrico, que gera um fluxo de corrente eléctrica com a transferência de electrões de um metal para o outro (figura 18). O metal que liberta os electrões (o ânodo) sofre corrosão, dando-se a oxidação dos seus átomos que passam para o electrólito na forma de iões metálicos (reacção anódica), os quais serão consumidos pelas reacções catódicas que se dão no outro metal (o cátodo), o qual não se corrói e cuja presença é essencial para a ocorrência de corrosão. Esta diferença de potencial também pode verificar-se entre zonas de um mesmo metal. Na construção, o principal agente oxidante é o oxigénio mas encontram-se também frequentemente outros elementos presentes, como cloretos e sulfatos, que contribuem para a aceleração dos processos de corrosão. Não é um tipo de corrosão específico da faixa marítima mas, na presença de cloretos, o seu efeito é mais grave. As hélices dos barcos, elementos muito sujeitos a corrosão, são protegidas deste tipo de corrosão pela colocação de peças de zinco na sua proximidade (figura 19). Figura 18 - Corrosão galvânica [6]. Figura 19 - Peça em zinco para proteger a hélice em aço. Para além dos tipos de corrosão originados pelos agentes corrosivos, existem anomalias originadas pela conjugação de acções mecânicas com o agente corrosivo, como é o caso da corrosão por fadiga, por erosão e sob tensão, descritas em seguida.

10 4.2.6 Corrosão por fadiga A corrosão por fadiga decorre da acção combinada de esforços que por si só não seriam prejudiciais aos elementos e da exposição a um ambiente corrosivo (figura 20). As fissuras originadas por esta situação são por vezes difíceis de detectar e podem levar ao colapso da estrutura Corrosão por erosão A corrosão por erosão é um tipo de corrosão localizada que se desenvolve em consequência da erosão das películas protectoras, provocada pelo movimento de um fluido, de um sólido ou de um gás (figura 21). Neste caso, poderá ocorrer pela projecção de areias trazidas pelo vento. Figura 20 - Corrosão por fadiga [6]. Figura 21 - Corrosão por erosão [6] Corrosão sob tensão A corrosão sob tensão resulta da acção conjunta da corrosão e de tensões de tracção no metal. A corrosão inicia-se na superfície e propaga-se através da rede cristalina para o interior do metal na forma de fissuras (figura 22). Figura 22 - Corrosão sob tensão [6]. Os principais tipos de corrosão que afectam os materiais mais utilizados em coberturas e caixilharias e os danos daí resultantes encontram-se resumidos no quadro 3. Quadro 3 - Tipos de corrosão e danos mais comuns em coberturas e caixilharias [5]. Tipos de corrosão Aço Aço inoxidável Zinco Cobre Alumínio Uniforme ο ο ο Picadas ο ο ο ο ο Intersticial ο ο ο ο ο Bimetálica* ο ο ο Sob tensão* ο * Afecta principalmente os elementos de fixação.

11 5. Conclusão Os elementos metálicos aplicados na construção de edifícios na faixa costeira podem sofrer diversos problemas de corrosão que afectam a sua funcionalidade e conduzem à redução do tempo de vida útil. Para que se possa obter um desempenho adequado e prolongado destes materiais, é necessário seleccionar o tipo de metal mais adequado para a função ou o meio corrosivo a que estará exposto, especificar o tipo de protecção a aplicar (quando necessário), os requisitos de projecto correctos e evitar erros na montagem e na utilização. Operações simples de manutenção, como a limpeza periódica (tendo o cuidado de não utilizar produtos muito agressivos) ou a reparação / renovação atempada de revestimentos protectores, podem também contribuir substancialmente para um bom desempenho dos componentes metálicos na envolvente dos edifícios durante a sua vida útil. 6. Referências [1] Hendrick, T. W. A corrosão e os processos anticorrosivos. Instituto Nacional de Investigação Industrial, Lisboa [2] Craig, Bruce D. Handbook of corrosion data. ASM International, Ohio, E.U.A [3] Ramos, A. Carolina. Corrosão atmosférica do bronze, in 3ªs Jornadas da Revista Corrosão e protecção de materiais, INETI, Lisboa, Novembro [4] Almeida, M. Elisabete; Ferreira, Mário. Corrosão atmosférica - Mapas de Portugal. INETI, [5] Fontinha, I. Rute; Salta, M. Manuela. Comportamento de componentes metálicos em edifícios, in 2º Simpósio internacional sobre patologia, durabilidade e reabilitação dos edifícios, LNEC, Lisboa, Novembro [6] Illustrated case histories of marine corrosion. Institute of Metals, Londres, Notas da 1ª autora Teresa de Deus Ferreira Licenciada em Arquitectura em 1993 e Mestre em Construção pelo Instituto Superior em 2004, (dissertação na área da prevenção de anomalias na construção na faixa costeira). Colabora desde 1999 na Direcção Geral dos Edifícios e Monumentos Nacionais.