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PRINCÍPIOS DA PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS METÁLICAS EM SITUAÇÃO DE CORROSÃO E INCÊNDIO 5ª Edição 2011 Fábio Domingos Pannoni, Ph.D. COLETÂNEA DO USO DO AÇO Colaboração: Carlos Gaspar - Revisão Tatiana Kioki - Coordenação Gráfica APRESENTAÇÃO COLETÂNEA DO USO DO AÇO NO DIA-A-DIA NA CONSTRUÇÃO CIVIL NO TRANSPORTE O AÇO POR VEZES INVISÍVEL O aço é o produto mais reciclado do mundo: 40% da produção mundial é feita a partir da sucata ferrosa. O aço lava, passa, cozinha e congela. É o aço dos fogões, dos aquecedores, dos refrigeradores, das máquinas de lavar, dos talheres e utensílios domésticos. O aço também transporta, faz compras, trata da saúde, constrói. O aço emprega milhares de brasileiros, traz milhões de dólares em divisas. O aço brasileiro impulsiona o desenvolvimento, fortalece a independência econômica e melhora a qualidade da vida. O aço dá qualidade à construção. É essencial às moradias, às indústrias, à montagem da infra-estrutura nacional. Está presente em pontes, viadutos, elevadores, em tubulações, revestimentos, acabamentos e em coberturas. É o aço dos carros, caminhões, ônibus, trens, metrôs, navios, bicicletas e motocicletas. São muitos os meios de transportes produzidos com o aço brasileiro. Distribuem as riquezas e espalham o progresso. Exportam produtos, importam divisas e são importantes veículos de turismo e lazer. Mais que o aço que você vê, o seu dia-a-dia é repleto de um aço que você não vê. É o aço brasileiro presente nas indústrias que fabricam todos os produtos que não recebem nem um grama de aço. É o aço das máquinas e das ferramentas industriais que manufaturam tecido, madeira, plástico, louça, papel, brinquedos, couro, borracha e de todos os outros materiais. É o aço das hidrelétricas, termelétricas e nucleares. O aço das torres de transmissão, dos transformadores, das subestações e dos cabos elétricos. É o aço das plataformas, tubulações e equipamentos de prospecção e extração de petróleo, dos oleodutos, gasodutos, petroleiros, reservatórios, barris e butijões. ÍNDICE COLETÂNEA DO USO DO AÇO 1. Proteção Frente à Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1 - Proteção Frente à Corrosão – Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2 - O Mecanismo Eletroquímico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 - Principais Formas de Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.1 - Corrosão Uniforme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Espécies Poluentes Contidas na Atmosfera . . . . . . . . . . . 12 Umidade Relativa do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Mecanismo da Corrosão Atmosférica do Aço Carbono . . . . . . 15 1.3.2 - Corrosão Localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Corrosão Galvânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 a. Material Heterogêneo . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 b. Meio Heterogêneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Corrosão por Pites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Corrosão por Frestas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4 - Aços Patináveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4.1 - Desempenho dos Aços Patináveis . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.2 - Do que Depende a Formação da Pátina? . . . . . . . . . . . . 25 1.5 - Como Prevenir a Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.1 - O Efeito do Detalhamento do Projeto . . . . . . . . . . . . . . 27 Acessibilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Tratamento de Frestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Precauções para Prevenir a Retenção de Água e Sujeira . . . . . 32 Arestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Imperfeições de Soldagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Tratamento de Seções Fechadas ou Tubulares . . . . . . . . . 33 Furos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Prevenção da Corrosão Galvânica . . . . . . . . . . . . . . . 34 A Especificação de um Sistema de Proteção. . . . . . . . . . . 35 1.6 - Limpeza Superficial e Proteção Pela Pintura . . . . . . . . . . . . . . 36 1.6.1 - O Preparo da Superfície: Porque é Necessário e Como é Feito . . 36 1.6.2 - Pintura: o que é e Como Protege . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.6.3 - Galvanização a quente na proteção de estruturas . . . . . . . . 42 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 2. Estruturas em Situação de Incêndio . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.1 - Estruturas em Situação de Incêndio – Introdução . . . . . . . . . . . 47 2.1.1 - Segurança e Proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.2 - Resistência ao Fogo dos Componentes de Aço . . . . . . . . . . . . . 49 2.3 - As Normas Brasileiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.4 - Métodos de Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.4.1 - O Aço Parcialmente Protegido . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.4.2 - Aplicação de Materiais de Proteção Antitérmica “Tradicionais” . . 54 2.4.3 - Perfis Laminados I e H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.4.4 - Materiais de Proteção Antitérmica “Tradicionais” . . . . . . . . 58 2.4.5 - Combinação de Métodos de Proteção . . . . . . . . . . . . . . 65 2.5 - Os Ensaios de Cardington – O Início de uma Nova Era . . . . . . . . . 66 2.5.1 - Resistência ao Fogo de Vigas Mistas . . . . . . . . . . . . . . 66 2.5.2 - Engenharia de Segurança Contra Incêndio . . . . . . . . . . . 68 Referências Bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 1 - Referências Bibliográficas Gerais – Corrosão – Livros e Artigos Técnicos . 73 2 - Referências Bibliográficas Gerais – Corrosão – Normas . . . . . . . . . . 73 3 - Referências Bibliográficas Gerais – Incêndio – Livros e Artigos Técnicos. . 74 4 - Referências Bibliográficas Gerais – Incêndio – Normas . . . . . . . . . . 75 PROTEÇÃO FRENTE À CORROSÃO 1 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 09 1.1 - PROTEÇÃO FRENTE À CORROSÃO: INTRODUÇÃO 1.2 - O MECANISMO ELETROQUÍMICO Corrosão pode ser definida, de modo muito simples, como sendo a tendência espontânea do metal produzido de reverter ao seu estado original (p.ex., um óxido hidratado), de mais baixa energia livre. Outra definição, amplamente aceita, é a que afirma que corrosão é a deterioração de propriedades que ocorre quando um material reage com o ambiente. A corrosão pode ocorrer através de variadas formas, e sua classificação pode ser feita, por exemplo, através da aparência do metal corroído. As formas mais comuns que acometem o aço carbono são a corrosão uniforme, a corrosão galvânica, a corrosão por frestas e, em certas situações específicas, a corrosão por pites. Esta última, embora menos comum, não é menos importante que as demais. O ataque uniformemente distribuído por grandes regiões da superfície metálica é certamente a forma mais comum de corrosão. A corrosão atmosférica do aço carbono é, certamente, o melhor exemplo deste tipo de ataque. Ela se distribui, em geral, por grandes áreas da superfície metálica e a velocidade com que progride, por ser uniforme, pode ser facilmente medida ou estimada. Dessa forma, ela não é considerada uma forma particularmente perigosa de ataque. A corrosão galvânica pode ocorrer quando duas ligas diferentes, em contato elétrico (ou conectadas por um condutor elétrico) são expostas a uma mesma solução condutora de eletricidade (um “eletrólito”). Uma diferença de potencial elétrico existente entre diferentes metais ou ligas acaba por fornecer o potencial termodinâmico necessário à manutenção do processo de corrosão. As condições ambientais dentro de uma fresta podem, com o tempo, tornarem-se muito diferentes daquelas encontradas em uma superfície próxima, limpa e exposta aoambiente externo. Um ambiente muito mais agressivo pode se desenvolver e causar a corrosão localizada no interior da fresta. Frestas acontecem, por exemplo, nos pontos de contato entre parafusos e componentes estruturais e nos intervalos existentes entre pontos de solda descontínua. Frestas também podem ser criadas por depósitos de sujeira ou de produtos de corrosão, riscos em pintura, etc. A figura 1 ilustra algumas das formas de corrosão mais comumente encontradas nas estruturas metálicas. Grande parte das ocorrências de corrosão envolve reações eletroquímicas, assim, trataremos, a seguir, dos princípios deste importante tipo de reação. Os fenômenos de corrosão de metais envolvem uma grande variedade de mecanismos que, no entanto, podem ser reunidos em quatro grupos: • Corrosão em meios aquosos (90%); • Oxidação e corrosão quente (8%); • Corrosão em meios orgânicos (1,8%); • Corrosão por metais líquidos (0,2%). Entre parênteses está indicada, de forma estimada, a incidência, de uma maneira geral, de cada um dos tipos de corrosão. Nota-se que, de longe, a corrosão em meios aquosos é a mais comum. Isto é esperado, uma vez que a maioria dos fenômenos de corrosão ocorre no meio ambiente, onde a água é o principal solvente. A corrosão atmosférica ocorre através da condensação da umidade na superfície do metal. É amplamente aceito que os dois primeiros grupos são caracterizados por processos essencialmente eletroquímicos. Já a natureza dos processos que ocorrem nos dois últimos grupos ainda não pôde ser precisada, uma vez que os seus mecanismos ainda não foram devidamente estabelecidos. Uma reação é considerada eletroquímica se ela estiver associada à passagem de corrente elétrica, através de uma distância finita, maior do que a distância interatômica. Esta passagem de corrente envolve o movimento de partículas carregadas - íons, elétrons ou ambos. Dessa forma, na maioria das reações que se manifesta em presença de uma superfície metálica, ocorre a passagem de corrente através do metal, e a reação é eletroquímica em sua natureza fundamental. A distância que a corrente elétrica percorre numa reação de corrosão eletroquímica pode variar bastante, indo de dimensões de um tamanho de grão metálico (mm), como no caso da dissolução de um metal em uma solução ácida, até quilômetros de distância, como no caso da corrosão por correntes de fuga em tubulações enterradas nas vizinhanças de uma estrada de ferro eletrificada. Figura 1: As formas mais comuns de corrosão que acometem as estruturas metálicas. AMBIENTE METAL SEM CORROSÃO CORROSÃO UNIFORME CORROSÃO GALVÃNICA CORROSÃO POR FRESTAS METAL MAIS NOBRE METAL OU NÃO-METAL COLETÂNEA DO USO DO AÇO 10 Na maioria das reações eletroquímicas os íons se movimentam através de eletrólito líquido, normalmente aquoso. No entanto, em reações de oxidação (p. ex.. a reação à temperatura elevada entre um metal e o oxigênio atmosférico), onde não se tem eletrólito líquido, o movimento de íons ocorre através da película de óxido metálico que se forma na superfície do metal. Este óxido funciona como um eletrólito sólido e garante a natureza eletroquímica da reação. O processo de corrosão atmosférica do aço carbono consiste, de elétrons fluindo dentro do metal e íons fluindo no eletrólito superficial. A figura 2 representa, de forma esquemática, as etapas do processo. A velocidade de corrosão é muito influenciada pela condutividade elétrica do eletrólito: é menor para meio pouco condutores, como a água muito pura, e maior para meios considerados bons condutores, como, por exemplo, a água do mar ou soluções ácidas. Vários são os fatores que determinam a criação e a distribuição de regiões anódicas e catódicas na superfície do metal. A existência de diferenças de composição química, de microestrutura, de concentração de algum reagente, da velocidade do eletrólito superficial, de tensões residuais, dentre outras, determinam a formação de regiões catódicas ou anódicas. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 11 Figura 2: Representação esquemática, simplificada, do mecanismo de corrosão atmosférica do aço carbono. Um ponto fundamental deve ser ressaltado: para que a corrosão atmosférica do aço carbono aconteça, é necessária a presença simultânea de água e oxigênio. Na ausência de um deles, a corrosão não acontecerá. Um exemplo importante é observado no comportamento das estacas de aço cravadas em solos naturais. Ainda que estejam em contato com água, elas não sofrem corrosão apreciável ao longo dos anos, devido à baixa concentração (e também difusão) do oxigênio do ar nos solos. A corrosão uniforme é o fenômeno de corrosão mais importante, comum, simples e conhecido. Ela acontece em metais e ligas relativamente homogêneas expostas a ambientes também homogêneos. Esta homogeneidade de comportamento pode ser tanto reflexo da homogeneidade intrínseca do material (ausência de defeitos estruturais ou de inclusões, por exemplo) quanto a não seletividade do ambiente com respeito a estes defeitos. Aços-carbono expostos à atmosfera e ligas de cobre expostos às águas naturais são bons exemplos de materiais que podem sofrer este tipo de ataque. A velocidade de corrosão uniforme é, em geral, expressa em termos da perda de massa por unidade de área e por unidade de tempo, ou, alternativamente, pela perda de espessura do metal corroído em função do tempo. A corrosão atmosférica dos aços-carbono, como o próprio nome indica, trata da reação do oxigênio, constituinte da atmosfera, à temperatura ambiente, com o metal, estando a superfície recoberta por uma película (macroscópica ou microscópica) de água e agentes poluentes dissolvidos, chamados, em conjunto, de eletrólito. A velocidade da corrosão atmosférica depende da velocidade das reações parciais anódica e catódica na interface metal-eletrólito e óxido-eletrólito. Assim, ela é comparável à corrosão em meio líquido, mas, neste caso, não há retirada contínua em grande escala do produto de corrosão pelo eletrólito, que pode, eventualmente, evaporar, propiciando alterações de fase dos constituintes, ao longo do tempo, dentro da camada de óxido. A corrosão atmosférica é muito dependente dos constituintes da atmosfera, notadamente a água e poluentes atmosféricos, como será visto a seguir. Os principais poluentes contidos na atmosfera são o dióxido de enxofre (SO ), os óxidos de 2 nitrogênio (NO e NO ), os cloretos, e as poeiras e fuligem que se depositam sobre a superfície 2 metálica. Do ponto de vista da corrosão, os cloretos, presentes especialmente nas regiões marinhas, e o SO (proveniente da combustão de combustíveis fósseis, como o carvão e a 2 gasolina), presente em grandes cidades e áreas industriais, são as espécies mais importantes. O SO é o responsável pelas chuvas ácidas, porque forma, reagindo com a água, 2 1.3 - PRINCIPAIS FORMAS DE CORROSÃO 1.3.1 Corrosão Uniforme Espécies Poluentes Contidas na Atmosfera COLETÂNEA DO USO DO AÇO 12 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 13 ácido sulfuroso (H SO ), ou, ainda, em contato com a água e o oxigênio (na presença de 2 3 catalisadores, como os íons ferrosos), ácido sulfúrico (H SO ), de acordo com as reações:2 4 (1): SO (gás) + H O (gota de chuva ou orvalho) Z H SO (ácido sulfuroso)2 2 2 3 (2): SO (gás) + H O (gota de chuva ou orvalho) + ½O2 Z H SO (ácido sulfúrico)2 2 2 4 A reação do ácido sulfúrico com o aço carbono resulta em sulfato ferroso, que promove a dissolução do ferro: (3): H SO + Fe + ½O Z FeSO + H O2 4 2 4 2 Os óxidos de nitrogênio, que são formados durante a combustão em altas temperaturas (em motores de ciclo Diesel, por exemplo), têm influência menos acentuada no processo de corrosão atmosférica do aço carbono. A umidade relativa do ar determina a percentagem de umidade a partir da qual ocorrerá ofenômeno de condensação, necessário à formação de uma película de eletrólito sobre a superfície metálica. Esta condensação ocorre, a princípio, em umidades relativas de 100%, mas pode, sob certas condições, se manifestar sobre a superfície metálica a umidades inferiores. Isto ocorre particularmente quando a temperatura do metal é menor do que a temperatura do ar ambiente (atinge-se o chamado “ponto de orvalho”), quando a superfície é bastante rugosa (causada pelo fenômeno da tensão superficial, que abaixa a pressão de saturação dentro das micro porosidades), ou quando a superfície contém depósitos de sais higroscópicos. A presença de sais depositados exerce uma dupla ação, reduzindo o valor da pressão de saturação e levando à formação de um eletrólito particularmente agressivo. A figura 3 ilustra a evolução da corrosão de um aço carbono em função da umidade relativa, para uma atmosfera poluída com 0,01% de SO e por um período de exposição de 55 dias. 2 Fica evidenciado que a corrosão é acelerada quando a umidade relativa supera os 60%. As normas ISO 9223 e ISO 9226 definem os critérios relativos à caracterização de uma atmosfera e o seu grau de corrosividade, determinado a partir da velocidade de corrosão de metais expostos à atmosfera. Três são os parâmetros utilizados na classificação de uma atmosfera: • A duração da exposição a uma dada umidade (tempo de umedecimento) t: corresponde ao período de tempo no qual a umidade relativa é superior a 80% e a temperatura é -1superior a 0oC. São descritas cinco categorias, indo de t (< 10 h.ano ) a t (> 5.500 1 5 -1h.ano ); Umidade Relativa do Ar -3• A concentração de SO atmosférico, dado em mg.m : São descritas quatro categorias, 2 -3 -3indo de P (< 12 mg.m ) a P (90 < P < 250 mg.m ). Uma atmosfera rural, não o 3 poluída, como a de Sorocaba (SP), apresenta um valor médio anual de 5 mg.m , enquanto que uma atmosfera industrial como a encontrada em -3Cubatão (SP), possui um valor médio anual de 27 mg.m ; -2 -1• A concentração de íons cloreto é dada como velocidade de deposição, em mg.m .dia . -2 -1São descritas quatro categorias, indo de S (< 3 mg.m .dia ) a S (300 < S < 1.500 o 3 -2 -1mg.m .dia ). Uma atmosfera como a de Fortaleza (CE), apresenta uma taxa de -2 -1deposição (média) de cloretos de cerca de 300 mg.m .dia ; A tabela I, descrita a seguir, qualifica a corrosividade de uma atmosfera, segundo a norma ISO 9226, em função das velocidades de corrosão observadas para diferentes valores de t, P e S, para os aços carbono. Tabela 1: Corrosividade atmosférica, segundo a norma ISO 9226. -3 Figura 3: Influência da umidade relativa no processo de corrosão atmosférica do aço carbono. 120 100 80 60 40 20 0 40 50 60 70 80 90 M AS SA C O R R ID A, m g/ dm ² UMIDADE RELATIVA, % Corrosividade da Atmosfera C1 C2 C3 C4 C5 Muito baixa Baixa Média Alta Muito Alta < 1,3 1,3 - 25 25 - 50 50 - 80 80 - 200 < 0,1 0,1 - 1,5 1,5 - 6 6 - 20 20 - 90 Vcorr inicial Vcorr estacionária -1( m.ano ) -1( m.ano ) COLETÂNEA DO USO DO AÇO 14 A figura 4 qualifica a agressividade ambiental de algumas cidades brasileiras, segundo os critérios preconizados pela norma ISO 9226. Como visto anteriormente, a corrosão atmosférica do aço carbono pode ser descrita, de forma simplificada, pela reação: (4): 4Fe + 3O + 2H O 4FeOOH2 2 O composto FeOOH, que pode ser considerado como sendo hematita hidratada (2FeOOH = Fe O + H O), designa, de modo genérico, a ferrugem. Na realidade, a ferrugem é uma mistura 2 3 2 complexa de várias fases cristalinas e amorfas de óxidos e hidróxidos e de ferro. Sua estequiometria corresponde aproximadamente à fórmula global FeOOH. Os três principais componentes da ferrugem são, respectivamente, a lepidocrocita (a-FeOOH), de estrutura romboédrica, a goethita (g-FeOOH), de estrutura também romboédrica e a magnetita (Fe O ), 3 4 de estrutura cúbica. A composição da ferrugem varia em função das condições climáticas e da duração da exposição. Ela varia morfologicamente e quimicamente, do interior para o exterior da camada: Mecanismo da Corrosão Atmosférica do Aço Carbono Z COLETÂNEA DO USO DO AÇO 15 Figura 4: Agressividade atmosférica de algumas cidades brasileiras, segundo os critérios prescritos pela norma ISO 9226. Bioma Pampa Bioma Amazônia Bioma Cerrado Bioma Caatinga Bioma Mata Atlântica Bioma Pantanal Porto Velho: C3 Fortaleza: C5 Rio de Janeiro: C5 Ubatuba: C5 São Paulo: C3 Cubatão: C5 Aracajú: C3 Salvador: C3 A parte exterior é geralmente porosa, desagregada e friável, sendo constituída principalmente de goethita e lepidocrocita; A parte interior, adjacente ao metal, é, em geral, relativamente densa e mais aderente, sendo formada por magnetita e fases amorfas de FeOOH. Quando a superfície de aço é exposta à atmosfera, ela é rapidamente recoberta por uma fina camada de produtos de corrosão. Esta reação acontece tão mais rapidamente quanto mais úmida e contaminada for a superfície. Inicialmente, o oxigênio contido no ar difunde através da película líquida do eletrólito e é 2+-reduzido a íons OH na superfície metálica, enquanto que o ferro é oxidado a íon Fe , que passa à solução, no eletrólito. Os íons ferrosos em solução reagem com as hidroxilas, formando, após uma série de reações, g-FeOOH, segundo a reação: 2+ +(5): 2Fe + ½O + 3H O 2g-FeOOH + 4H2 2 Desse modo, a camada de lepidocrocita vai sendo desenvolvida, recobrindo a superfície, levando à diminuição dos sítios ativos onde ocorre a oxidação do ferro a íon ferroso. Ao mesmo tempo, a difusão do oxigênio é limitada pela barreira de lepidocrocita formada. Quando a concentração de oxigênio se torna suficientemente pequena, a lepidocrocita reage, por sua 2+vez, com os íons Fe , em fase aquosa, gerando uma camada de magnetita, segundo a reação: 2+ -(6): 8g-FeOOH + Fe + 2e Z 3Fe O + 4H O3 4 2 De modo global, temos: (7): 8g-FeOOH + Fe Z 3Fe O + 4H O3 4 2 A ferrugem g-FeOOH se comporta, desse modo, como um oxidante com respeito ao ferro, do mesmo modo que o oxigênio. De acordo com a equação (17), a reação deverá parar quando toda a ferrugem for consumida; na realidade, a redução do ?g-FeOOH não acontece quando o teor de oxigênio é pequeno. Durante as fases “secas” (onde a película de água é bastante fina e a concentração de oxigênio é alta), a magnetita reage com o oxigênio do ar, de acordo com: (8): 2Fe O + ½O + 3H O Z 6g-FeOOH3 4 2 2 Assim, se observa um fenômeno cíclico entre as fases “úmidas” e “secas”, levando à transformação da lepidocrocita a magnetita, com o consumo metálico durante a fase úmida. A figura 5 ilustra o fenômeno. Z COLETÂNEA DO USO DO AÇO 16 Se poluentes tais como o SO estiverem presentes na fase aquosa, o consumo de metal será 2 acelerado na fase “úmida”, havendo a precipitação de FeSO no fundo da cela de corrosão 4 durante a fase “seca”. Os ciclos de umedecimento e secagem alternados exercem, desse modo, uma forte influência na velocidade média de corrosão do aço. Este fenômeno ocorre, diferentemente da corrosão uniforme, quando o metal é colocado em presença de um ambiente não homogêneo. Estas diferenças podem advir de múltiplas origens, tanto ao nível do material (ligas multifásicas, presença de inclusões, defeitos localizados em revestimentos protetores, pares bimetálicos, etc.) quanto ao ambiental (variação local de composição química, de pH ou da temperatura). A corrosão galvânica é uma das formas mais comuns de ataque em meio aquoso. Como o próprio nome indica, ela resulta da formação de uma pilha, promovendo um ataque localizado em um dos componentes do par – o menos “nobre”. A figura 6 exemplifica este conceito.1.3.2 Corrosão Localizada Corrosão Galvânica COLETÂNEA DO USO DO AÇO 17 Figura 5: Mecanismo básico da corrosão atmosférica dos aços carbono. FeSO4 FeOOH Fe O3 4 Fase de corrosão "úmida" Fase de corrosão "seca" Fe Fe Fe O3 4 2+Fe 2-SO4 H O2 H O2 H O2 H O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 FeOOH FeOOH 2+Fe -OH -2e O2H O2 H O2 Fe Fase inicial + Chuva Seca Figura 8 - Nó do Pórtico e Recorte das Mísulas As regiões onde acontecem as reações anódica (a corrosão metálica) e catódica (redução do oxidante) são espacialmente distintas. Como mencionado anteriormente, esta seletividade das reações é devido às heterogeneidades existentes no material, no meio ou nas condições físico-químicas da interface. Cada metal ou liga pode ser caracterizado pelo seu potencial de corrosão. Medidas experimentais tornam possível o estabelecimento de uma tabela ordenada de potenciais de corrosão denominada série galvânica. Esta tabela, que não deve ser confundida com a tabela dos potenciais de eletrodo padrão, fornece, para um dado meio considerado, uma classificação de diferentes metais e ligas segundo seu potencial de corrosão. A partir destas indicações, torna-se possível estimar a pilha que será criada pelo acoplamento elétrico dos dois metais diferentes. Observa-se o aumento da velocidade de corrosão do metal menos nobre (aquele que possui o menor potencial de corrosão) e uma diminuição da velocidade de corrosão do metal mais nobre (o que apresenta o maior potencial de corrosão) naquele dado meio. A figura 7 ilustra uma série galvânica para a água do mar. Este efeito pode ser utilizado com vantagens na proteção de um metal ou liga frente à corrosão, e é conhecido como proteção catódica: o material que tem predominância da reação anódica (o anodo de sacrifício) acaba protegendo o resto da estrutura, que passa a ser, preponderantemente, catodo. a. Material Heterogêneo Figura 6: Mecanismo básico ilustrativo da corrosão galvânica. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 18 Metal A z+Me z-R R Me -ze Anodo Metal B Eletrólito Catodo A observação da figura 7 nos permite dizer que, em ambientes atmosféricos contendo cloretos, a união elétrica entre o magnésio e o aço promoverá a proteção deste último, em detrimento do primeiro, que se corrói. Em continuidade, a união elétrica entre o aço estrutural e aços inoxidáveis promoverá, em ambiente semelhante, a rápida deterioração do aço estrutural. Quem está acima na tabela protege quem está abaixo, corroendo-se. É importante ressaltar que a série galvânica representada na figura acima foi determinada experimentalmente, para pares galvânicos imersos em água do mar em movimento. O que ocorreria, por exemplo, em um ambiente industrial úmido? O ordenamento mostrado acima, de modo geral, não é alterado. Assim, na falta de uma série galvânica específica, pode-se utilizar a série apresentada na figura 7, sem que se cometa, de modo geral, equívocos. O fenômeno da corrosão galvânica está na origem do procedimento conhecido como galvanização, que objetiva proteger o aço pelo recobrimento com zinco. É necessário, entretanto, distinguir proteção catódica, onde o revestimento faz o papel de anodo de sacrifício, dos casos onde o revestimento é mais nobre que o material a proteger (como exemplo, a “niquelação' ou a “cobreação” do aço). COLETÂNEA DO USO DO AÇO 19 Figura 7: Série galvânica para diferentes metais e ligas, em água do mar. O metal (ou liga) situado acima na tabela (isto é, aquele que possui o menor potencial de corrosão) protege o metal (ou liga) que possui maior potencial de corrosão (isto é, situado abaixo deste na tabela), corroendo-se preferencialmente. ZINCO +0,2 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 -1,2 -1,0 -1,2 -1,4 -1,6 Volts, vs. ECS MAGNÉSIO BERÍLIO LIGAS DE ALUMÍNIO CÁDMIO AÇO CARBONO, FERRO FUNDIDO AÇO PATINÁVEL, AÇO BLAR BRONZE ALUMÍNIO BRONZE MANGANÊS BRONZE SILÍCIO CUPRONÍQUEL 90 - 10 CUPRONÍQUEL 80 - 20 CUPRONÍQUEL 70 - 30 NÍQUEL 200 PRATA TITÂNIO PLATINA GRAFITE Potenciais de corrosão em água do mar em movimento (2,5 - 4,0 m/s) Temperatura entre 10 - 27 ºC AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS 302, 304, 321, 347 AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS 316, 317 AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS 410, 416 AÇO INOXIDÁVEL - TIPO 430 ESTANHO COBRE CHUMBO SOLDA Pb - Sn (50 / 50) LATÃO ALMIRANTADO, LATÃO ALUMÍNIO LATÃO AMARELO, LATÃO NAVAL, LATÃO VERMELHO No primeiro caso, é a quantidade do revestimento (isto é, espessura) que acaba sendo o fator primordial de proteção, enquanto que, no segundo caso, é a qualidade do revestimento que se revela primordial (ausência de defeitos que podem levar ao ataque localizado do substrato, sob o revestimento). A corrosão devida ao acoplamento galvânico de dois metais (ou ligas) dependerá de muitos parâmetros, tais como a composição química das ligas, presença de produtos de corrosão, composição, pH e agitação do eletrólito, e, muito importante, a razão de áreas anodo/catodo. A figura 8 ilustra o ataque galvânico que ocorre entre o aço carbono e o cobre, banhados por uma água potável agressiva. O potencial de corrosão é um compromisso que resulta do “balanço” entre a reação de oxidação do metal e a reação de redução do oxidante contido no eletrólito. Qualquer variação local de composição deste último poderá propiciar o surgimento de corrosão galvânica. Este é o caso do ataque conhecido como pilha de aeração diferencial. Quando o aço carbono é colocado em um eletrólito neutro (p.ex.: cloreto de sódio), pode- se observar o ataque intenso nas regiões pouco aeradas e a redução catódica nas regiões aeradas. O pH das regiões aeradas (áreas catódicas) se torna mais alto devido à redução do oxigênio, envolvendo a formação de íons hidroxila (o que contribui para a passivação local da liga. A corrosão por aeração diferencial é a responsável, por exemplo, pelo ataque existente nas (pequenas) frestas formadas entre, p.ex., parafusos e componentes estruturais, soldas descontínuas e chapas metálicas guardadas empilhadas. A figura 9 ilustra o conceito de pilha de aeração diferencial. b. Meio Heterogêneo Figura 8: Exemplo de corrosão galvânica – aço carbono x cobre. FeOOH 2+Fe 2+Fe H O + 2 O2 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 20 Aço Anodo Catodo Cobre Água potável agressiva COLETÂNEA DO USO DO AÇO 21 1.4 - AÇOS PATINÁVEIS Todos os aços contêm pequenas quantidades de elementos de liga, tais como carbono, manganês, silício, fósforo e enxofre, seja porque estes integravam as matérias-primas (minérios e coque) com que foram fabricados, seja porque lhes foram deliberadamente adicionados, para lhes conferirem determinadas propriedades. De modo geral, as adições são pequenas, de no máximo 0,5 a 0,7% da massa total do metal, proporção em que tais elementos não têm qualquer efeito apreciável sobre a resistência deste à corrosão atmosférica. As pequenas variações de composição que inevitavelmente ocorrem durante o processo de fabricação do metal tampouco afetam significativamente suas características. Entretanto, existem exceções. Sabe-se há mais de 80 anos, por exemplo, que a adição de pequenas quantidades de cobre, níquel, cromo, fósforo e outros elementos químicos têm um efeito benéfico sobre os aços, reduzindo a velocidade em que são corroídos, quando expostos à atmosfera. Dentre estes elementos químicos, o cobre é o que apresenta maior influência. A figura 10 mostra dois aços laminados a quente, pintados, riscados e expostos em atmosfera industrial por 12 meses. A série inferior corresponde à liga-mãe – um aço carbono comum. A série superior corresponde à mesma liga-mãe, onde somente foi feita a adição de 0,2% de cobre. Podemos observar a menor progressão da ferrugem sob a tinta, nas amostras contendo cobre. Figura 9:Exemplos de pilhas de aeração diferencial (frestas). z+Me z-R R -OH -ze H2O O2 -ze Anodo Eletrólito Catodo Frestas Fe 2+Fe Anodo O grande estímulo ao emprego de aços enriquecidos com estes elementos químicos, chamados de aços de baixa liga e alta resistência, resistentes à corrosão atmosférica, foi dado pela companhia norte americana United States Steel Corporation que, no início da década de 1930, desenvolveu um aço cujo nome comercial era Cor-Ten. O aço Cor-Ten foi desenvolvido originalmente para a indústria ferroviária, e sua grande virtude aparente era permitir a construção de vagões mais leves. A propriedade de resistir à corrosão foi alcançada quase que por casualidade, embora desde o fim do século XIX já se conhecessem as influências benéficas do cobre e do fósforo. A ferrugem formada sobre estes aços, por possuir uma coloração e uma morfologia distinta, atraiu a atenção de vários arquitetos. Em 1958, o arquiteto norte americano Eero Saarinen utilizou-o na construção do edifício-sede da John Deere, em Moline, no estado de Illinois. Este foi o primeiro uso de aços patináveis, não pintados, na construção civil. A figura 11 mostra este edifício. O aço foi deixado aparente nessa obra, tendo o arquiteto considerado que a ferrugem que sobre ele se formava constituía por si mesma um revestimento não só aceitável, como atraente. O pleno esclarecimento do mecanismo responsável pela formação da pátina protetora só veio a ser alcançado já nos anos 70. Figura 10: Resultado da exposição atmosférica de um aço laminado a quente sem adição de cobre (série inferior) e, do mesmo aço, agora com adição de 0,2% de cobre (série superior). Os corpos-de-prova formam pintados com tinta epoxídica (200? m – base seca), riscadas e expostas à atmosfera industrial por 12 meses. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 22 Desde o lançamento do Cor-Ten, até os nossos dias, desenvolveram-se outros aços com comportamentos semelhantes, que constituem a família dos aços conhecidos como patináveis. Enquadrados em diversas normas, tais como as normas brasileiras NBR 5008, 5920, 5921 e 7007, e as norte-americanas ASTM A242, A588 e A709, que especificam limites de composição química e propriedades mecânicas, estes aços tem sido utilizados no mundo todo na construção de pontes, viadutos, edifícios, silos, torres de transmissão de energia, etc. Sua grande vantagem, além de dispensarem a pintura em certos ambientes, é possuírem uma alta resistência mecânica. Em ambientes agressivos, como regiões que apresentam poluição por dióxido de enxofre ou aquelas próximas da orla marítima, a pintura lhes confere uma proteção, em geral, superior àquela conferida aos aços comuns. No Brasil, aços desse tipo encontram também grande aceitação entre os arquitetos para estruturas aparentes. Além de inúmeras pontes e viadutos espalhados por todo o país, formam, p.ex., a estrutura da catedral de Brasília e do edifício-sede da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais (ABM), em São Paulo. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 23 Figura 11: Edifício-sede da John Deere, em Moline (Ilinois – USA), todo feito em aço patinável aparente. 1.4.1 - Desempenho dos Aços Patináveis O que distinguia o novo produto, dos aços comuns, no que diz respeito à resistência à corrosão, era o fato de que, sob certas condições ambientais de exposição, ele podia desenvolver em sua superfície uma película de óxidos aderentes e protetores, chamados de pátina, que atuava reduzindo a velocidade do ataque causado pelos agentes corrosivos presentes no meio ambiente. Durante os primeiros anos de exposição à atmosfera, a perda de massa metálica por unidade de superfície cresce segundo uma função potência do tipo 1-nDm = kt onde m é a perda de massa por unidade de superfície (mg/cm²), e são constantes e é o tempo de exposição, em meses. A figura 12 ilustra o desempenho frente à corrosão atmosférica de um aço estrutural comum (ASTM A36) e de um aço de baixa liga e alta resistência, resistente à corrosão atmosférica (AçoCor 500, da Gerdau Açominas), expostos em atmosferas de diferente agressividade. D Figura 12: Desempenho de um aço patinável (ASTM A588) e de um aço estrutural comum (ASTM A572) em quatro diferentes atmosferas: rural, urbana, industrial e marinha. ASTM A 36 160 120 80 40 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120 AÇOCOR 500 Atmosfera Urbana - Santo André - SP 2 Pe rd a de M as sa , m g/ cm Tempo, meses ASTM A 36 120 AÇOCOR 500 Tempo, meses 160 120 80 40 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Atmosfera Rural - Itararé - SP 2 Pe rd a de M as sa , m g/ cm ASTM A 36 120 AÇOCOR 500 Tempo, meses 160 120 80 40 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Atmosfera Marinha - Bertioga - SP 2 Pe rd a de M as sa , m g/ cm ASTM A 36 160 120 80 40 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120 AÇOCOR 500 Atmosfera Industrial - Cubatão - SP 2 Pe rd a de M as sa , m g/ cm Tempo, meses k n t COLETÂNEA DO USO DO AÇO 24 1.4.2 - Do que Depende a Formação da Pátina? A formação da pátina é função de três tipos de fatores. Os primeiros a destacar estão ligados à composição química do próprio aço. Os principais elementos de liga que contribuem para aumentar-lhe a resistência frente à corrosão atmosférica, favorecendo a formação da pátina, são o cobre e o fósforo (o cromo, o níquel, e o silício também exercem importantes efeitos secundários). Cabe observar, no entanto, que o fósforo deve ser mantido em baixos teores (menores que 0,1%), sob pena de prejudicar certas propriedades mecânicas do aço e sua soldabilidade. Em segundo lugar vêm os fatores ambientais, entre os quais sobressai a presença de dióxido de enxofre e de cloreto de sódio na atmosfera, a temperatura, a força (direção, velocidade e freqüência) dos ventos, os ciclos de umedecimento e secagem, etc. Assim, enquanto a presença de dióxido de enxofre, até certos limites, favorece o desenvolvimento da pátina, o cloreto de sódio em suspensão nas atmosferas marítimas prejudica suas propriedades protetoras. Não se recomenda a utilização de aços patináveis não protegidos em ambientes -3industriais onde a concentração de dióxido de enxofre atmosférico seja superior a 250 mg.m -2 -1e em atmosferas marinhas onde a taxa de deposição de cloretos exceda 300 mg.m .dia . É importante ressaltar que raros locais do território brasileiro possuem concentrações elevadas de SO a ponto de impedir a formação da pátina. Este não é o caso, entretanto, para 2 a deposição de cloretos, que são encontrados em alta concentração na costa brasileira. Os ventos, que carreiam agentes agressivos até o local em que se encontra o metal, têm importante efeito sobre os ciclos de umedecimento e secagem; tais ciclos são considerados essenciais ao desenvolvimento de películas protetoras. O efeito da temperatura, embora provável, ainda não foi claramente caracterizado. Finalmente, há fatores ligados à geometria da peça, que explicam por que diferentes estruturas do mesmo aço, dispostas lado a lado, podem ser atacadas de maneira distinta. Esse fenômeno é atribuído à influência de seções abertas/fechadas, drenagem correta das águas de chuva e outros fatores que atuam diretamente sobre os ciclos de umedecimento e secagem. Assim, por exemplo, sob condições de contínuo molhamento, determinadas por secagem insatisfatória, a formação da pátina fica gravemente prejudicada. Os elementos de ligação (chapas, parafusos, porcas, arruelas, rebites, cordões de solda, etc.) devem apresentar não só resistência mecânica compatível com o aço patinável, mas também compatibilidade de composição química, para evitar o desenvolvimento da corrosão galvânica.Aços patináveis podem ser soldados através do uso de todas as técnicas usuais, entretanto, os eletrodos deverão ser compatíveis com a composição química destes aços, de modo a minimizar a ocorrência de corrosão galvânica junto ao cordão de solda. Os parafusos estruturais adequados são enquadrados na Norma ASTM A325 Tipo 3 (composição química semelhante ao Cor-Ten X). Parafusos, porcas e arruelas galvanizadas a quente, sherardizados ou revestidas de zinco eletrodepositado não deverão ser empregados em conjunto com os aços patináveis, pois os revestimentos de zinco serão rapidamente consumidos, levando à exposição de um parafuso que, mais uma vez, é menos nobre do que o aço patinável. Desse modo, o parafuso poderá ser intensamente corroído. 25 COLETÂNEA DO USO DO AÇO Como regra geral, aços patináveis tem sido utilizados em seu estado natural, isto é, sem pintura, em ambientes que propiciem o aparecimento da pátina protetora. Exceções acontecem quando, por motivos estéticos, o aço deva apresentar certa coloração desejada ou nas condições em que o aço não pode desenvolver a pátina, como visto anteriormente. O desempenho do aço patinável pintado com certo sistema de pintura costuma ser superior àquele obtidos sobre os aços carbono estruturais. Isto, naturalmente, é válido somente no caso da existência de condições ambientais que promovam a formação da pátina. Nestas condições, a durabilidade do sistema costuma ser superior à soma das durabilidades propiciadas isoladamente pela proteção dada lo revestimento e pela própria natureza do material, isto é, há sinergia dos mecanismos. Uma eventual falha no revestimento levará à formação de produtos de corrosão bem menos volumosos do que aqueles formados sobre os aços comuns, aumentando a durabilidade do revestimento. A figura 13 mostra dois espécimes de aço laminados a quente, um ASTM A 588 (aço patinável) um ASTM A 572 (aço estrutural comum), expostos por 48 meses na atmosfera industrial de Cubatão (SP). Estes aços foram jateados com granalha de aço (padrão Sa 3), pintados com tinta epóxi tolerante à superfície (epóximastic, com 300 mm de espessura seca); após a secagem, foi feito o entalhe na tinta (um ensaio normatizado) e subseqüente exposição à atmosfera. Podemos observar que o aço carbono comum produziu um grande volume de produtos de corrosão. Houve grande dano à pintura. Já o aço patinável, no mesmo período, produziu menor quantidade de ferrugem. A tinta está íntegra e continua a oferecer proteção contra a corrosão. O aço é protegido pela tinta e, mesmo quando alcançado pelo oxigênio e água atmosféricos (por difusão), acaba por produzir um volume de óxidos consideravelmente menor do que o gerado sobre o aço carbono, e que não chega a destruir a película. Por esse motivo, mesmo formando óxidos, a durabilidade da proteção é maior do que no caso do aço carbono. A corrosão no aço patinável ficou circunscrita à região dos cortes. ASTM A 588 ASTM A 572 Figura 13: Comportamento de um aço patinável ASTM A588 e de um aço carbono estrutural ASTM A572 expostos à atmosfera industrial por 48 meses. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 26 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 27 Aços patináveis necessitam de pintura (ou outra forma de proteção) em ambientes onde a pátina protetora não pode ser formada em sua plenitude, tais como: • Atmosferas contendo gases (ou particulados) corrosivos, como, por exemplo, em áreas -3industriais com alta deposição de óxidos de enxofre (> 250 mg.m ), cloreto de amônia, ácido clorídrico, etc.; • Locais sujeitos à névoa salina. Em atmosferas altamente contaminadas com cloretos, em especial regiões muito próximas da arrebentação costeira, ou ainda regiões cobertas, nas quais o efeito da lavagem propiciada pelas chuvas não é sentida (com o conseqüente acúmulo de cloretos), a pátina formada não tem características protetoras. Recomenda- se a pintura de toda estrutura confeccionada em aço patinável desde que esta esteja a menos de 1-3 km da orla marinha. Nestes casos, o preparo de superfície e o esquema de pintura escolhido deverão ser os mesmos especificados para o aço carbono estrutural, visto que a pátina protetora não pode ser plenamente desenvolvida nestas condições; • Aplicações onde o aço permanece continuamente submerso em água ou enterrado no solo aerado (próximo à superficie), tais como adutoras de água; • Aplicações onde o aço está em contato direto com madeiras ou materiais porosos, que podem reter a umidade permanentemente em contato com o metal. Em resumo, podemos afirmar que em situações onde a formação da pátina não é adequada, exigindo o uso de sistemas de proteção (p. ex.: a pintura), os aços patináveis e os aços carbono tornam-se praticamente equivalentes na sua aplicação. Em ambientes externos ou úmidos, o detalhamento do projeto tem, em geral, um enorme efeito no controle da corrosão. A prevenção da corrosão nasce na arquitetura, é complementada pelo engenheiro calculista e finalizada pelo fabricante da estrutura. O modo mais econômico de se atingir a vida útil da estrutura, com os menores custos ao longo do tempo, é atentar para os detalhes. É importante ressaltar que em ambientes secos, não poluídos, nenhuma precaução especial é necessária. Todo projeto deve ser feito de modo a facilitar o preparo de superfície, pintura, inspeção e manutenção. A forma de uma estrutura pode influenciar sua susceptibilidade à corrosão. Assim, as estruturas devem ser projetadas de modo que a corrosão não possa se estabelecer em um local em particular, de onde possa se espalhar. Recomenda-se, desse modo, que os projetistas considerem o detalhamento anticorrosivo já no início do projeto. As formas dos elementos estruturais e os métodos utilizados para uni-los devem ser tais que a fabricação, união e qualquer tratamento subseqüente não promovam a corrosão. 1.5 - COMO PREVENIR A CORROSÃO 1.5.1 - O efeito do detalhamento do projeto Do mesmo modo, considerações devem ser feitas com respeito à forma da estrutura e de seus elementos com respeito à categoria ambiental, quando se especifica um sistema de proteção de pintura. O projeto deve ser simples, evitando-se a complexidade excessiva. Onde os componentes metálicos estão em contato, imersos ou enclausurados em outros materiais de construção, p.ex., tijolos, eles não estarão acessíveis, assim, as medidas de proteção frente à corrosão devem ser efetivas ao longo de toda a vida útil da estrutura. Os componentes em aço devem ser projetados para permitir acesso, com a finalidade da aplicação, inspeção e manutenção do sistema de pintura. Isto pode ser facilitado, por exemplo, pela instalação de passarelas para vistoria, plataformas, etc. A criação de acessos para a manutenção em um estágio posterior pode ser difícil, e, se não incluído no projeto, o projetista deve indicar claramente como pode ser feito no futuro. Todas as superfícies da estrutura que precisam ser pintadas devem ser visíveis e possíveis de alcançar através de métodos seguros. As pessoas envolvidas no preparo de superfície, pintura e inspeção devem estar aptas a se mover facilmente, e de modo seguro por todas as partes da estrutura, em condições de boa iluminação. As superfícies que serão tratadas devem ser suficientemente acessíveis para permitir ao operador espaço suficiente para o trabalho. A Tabela 2 e a Figura 14 tratam das dimensões mínimas recomendadas. Tabela 2: Distâncias típicas requeridas para ferramentas no trabalho de proteção frente à corrosão Acessibilidade Operação Ãngulo de operação (a), graus Comprimento da ferramenta (D2), mm Distância entre a ferramenta e o substrato (D2), mm Jateamento abrasivo Ferramental elétrico - Pistola de pinos - Lixadeira elétrica Limpeza manual - Escovamento - Lixa manual Metalização Aplicação de tinta - spray - pincel- rolo 800 250 a 350 100 a 150 100 100 300 200 a 300 200 200 200 a 400 0 0 0 0 150 a 200 200 a 300 0 0 60 a 90 30 a 90 – 0 a 30 0 a 30 90 90 45 a 90 10 a 90 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 28 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 29 Figura 14: Distâncias típicas requeridas para ferramentas no trabalho de proteção frente à corrosão. Figura 15: Dimensões mínimas recomendadas de aberturas, para áreas de acesso confinado. Substrato D1 D1 D2 D2 a aÂngulo formado pelo eixo da ferramenta com o substrato Distância da ferramenta ao substrato Comprimento da ferramenta EnrijecedoresEnrijecedores 500 500 70 0 70 0 60 0 Abertura retangular Abertura ovalada Abertura circular A Figura 15 trata das dimensões mínimas recomendadas para aberturas de acesso em áreas confinadas. Atenção especial deve ser tomada para garantir o acesso em caixas e tanques. As aberturas devem ser de tamanho suficiente para garantir o acesso seguro de operadores e seus equipamentos, incluindo os de segurança. Em adição, aberturas de ventilação suplementares devem existir, em locais e de dimensões que permitam a aplicação do sistema de proteção escolhido. Figura 16: Dimensões mínimas para espaços restritos entre superfícies. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 30 a a h h a h 300 250 200 150 100 100 700 1000 50 a (m m ) h (mm) Fig. a a a a h 1000 800 600 400 100 700500 1000 200 a (m m ) h (mm) Fig. b A Distância mínima permitida entre os perfis ou entre um perfil e uma superfície adjacente. h Distância máxima que um operador pode atingir em espaços restritos (mm). A distância mínima permitida a entre dois perfis é dado pelo gráfico de a "versus" h, até 1000 mm (Fig. a) acima. A distância mínima permitida a entre o perfil e a superfície adjacente é dada pela Fig. b. Nota 1 Se o operador deve atingir distâncias maiores do que 1000 mm, a (Fig. b) deve ser preferivelmente no mínimo de 800 mm. Nota 2 Quando o projetista não puder utilizar estas recomendações, medidas especiais deverão ser tomadas. Espaços estreitos entre elementos devem ser evitados tanto quanto possível. Onde não seja possível evitar espaços restritos, por razões estruturais ou práticas, as recomendações descritas na figura 16 devem ser avaliadas. Componentes que estão sob risco de corrosão e são inacessíveis após a montagem devem ser feitos de um material resistente à corrosão ou possuir um sistema de revestimento protetor efetivo por toda a vida útil da estrutura. Alternativamente, uma sobre-espessura metálica pode ser considerada. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 31 Figura 17: Tratamento de Frestas. Figura 18: Transição entre aço e concreto. Nota 1 Estes exemplos somente ilustram os princípios. Ruim Ruim Bom Bom Solda contínua Fresta fechada Fresta Melhor Tratamento de Frestas Frestas estreitas e juntas sobrepostas são pontos potenciais para o ataque corrosivo, devido à retenção de umidade e sujeira, incluindo abrasivos utilizados no preparo da superfície. A corrosão potencial nesses locais pode ser evitada pela selagem. Na maior parte dos ambientes corrosivos, a fresta pode ser preenchida com um calço de aço que se projeta do perfil e é soldado em toda sua volta. Superfícies de acoplamento podem ser seladas por solda contínua, para evitar o armazenamento de abrasivos e penetração de umidade. A figura 17 apresenta alguns exemplos que ilustram os princípios de tratamento de frestas, não devendo ser entendidos como restrição ou recomendação dos detalhes. Atenção especial deve ser dada aos pontos de transição do concreto ao aço, particularmente no caso de estruturas compostas sujeitas às condições severas de corrosão (figura 18). Precauções para Prevenir a Retenção de Água e Sujeira Arestas Configurações geométricas superficiais, onde a água (e materiais estranhos, como a terra ou areia) possa ficar acumulada devem ser evitadas. As principais precauções, neste caso, são as seguintes: a) projetar superfícies inclinadas ou chanfradas; b) eliminar seções abertas no topo, ou seu arranjo em posição inclinada; c) eliminar “bolsas” e recessos, onde a água e a sujeira possam ficar retidas; d) permitir a drenagem da água e de líquidos corrosivos para fora da estrutura. A figura 19 apresenta exemplos para ilustrar algumas dessas precauções, não devendo ser entendidas como restrição ou recomendação dos detalhes. Arestas arredondadas são desejáveis, de modo a permitir a aplicação de revestimentos protetores de modo uniforme, e obter a espessura adequada (figura 20). Revestimentos aplicados sobre cantos-vivos são mais susceptíveis a danos. Assim, todos os cantos-vivos oriundos do processo de fabricação devem ser arredondados ou chanfrados; rebarbas ao redor de furos e ao longo de cortes devem ser removidas. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 32 Figura 19: Posições para evitar pontos de acúmulo de água e sujeira. Água, pó Ruim Bom Quebra Imperfeições de Soldagem Tratamento de Seções Fechadas ou Tubulares Soldas devem ser livres de imperfeições (p.ex., asperezas, espirros, crateras, etc.) que são difíceis de cobrir de modo efetivo com um sistema de pintura (Figura 21). Porcas, parafusos e arruelas Parafusos, porcas e arruelas devem ser protegidas da corrosão com o mesmo sistema de proteção utilizado na estrutura, isto é, devem possuir a mesma durabilidade estimada. Componentes tubulares abertos, quando expostos à umidade condensada, devem ser fornecidos com aberturas de dreno e protegidos efetivamente da corrosão. Componentes tubulares selados devem ser impermeáveis ao ar e à umidade. Para essa finalidade, suas bordas devem ser seladas por meio de solda contínua, tomando-se os devidos cuidados para garantir que a água não fique retida. COLETÂNEA DO USO DO AÇO 33 Figura 20: Evite quinas-vivas. Faça um chanfro ou arredonde as bordas. Figura 21: Imperfeições superficiais devem ser eliminadas. Tinta Aço r > 2 mm Bom d Tinta Aço d > 1 mm Bom d Tinta Aço Ruim Ruim Ruim Bom Tinta Irregularidade Solda "elevada" Escória Liso Furos Prevenção da Corrosão Galvânica Furos em enrijecedores, almas ou componentes em geral devem possuir um raio mínimo de 50 mm (Figura 22), de modo a permitir o preparo superficial adequado e aplicação do sistema de pintura. Quando a chapa na qual o furo será feito é considerada grossa (p.ex., > 10 mm), a espessura da chapa circundante deve ser reduzida, para facilitar o preparo superficial e a aplicação da tinta. Certos cuidados devem ser tomados quando se unem componentes metálicos menos nobres (isto é, mais eletronegativos) a componentes metálicos mais nobres. Atenção particular deve ser dada onde componentes metálicos menos nobres possuam uma pequena área superficial em comparação com aquela dos componentes metálicos mais nobres. Não existe objeção ao uso, em condições menos severas, de parafusos (e porcas e arruelas) de pequena área superficial feitos com aços inoxidáveis em componentes feitos com ligas menos nobres. Se o projeto for tal que, em atmosferas agressivas, o acoplamento galvânico não possa ser evitado, o contato elétrico entre as superfícies deve ser desfeito, por exemplo, por meio da isolação elétrica (uso de dielétricos, como polímeros orgânicos), ou ainda por meio da pintura das superfícies de ambas as ligas. Se somente for possível pintar uma das ligas adjacentes à junção, a pintura deverá ser aplicada no componente mais nobre. Alternativamente, pode ser considerada a possibilidade de se utilizar proteção catódica. Aços estruturais, tais como o ASTM A575 Grau 50, devem utilizar parafusos do tipo ASTM A325 Tipo 1 (galvanizados a quente ou não). Em contrapartida,aços patináveis necessitam de parafusos como o ASTM A325 Tipo 3, não galvanizados. Caso não haja disponibilidade de tais parafusos, utilize parafusos ASTM A325 Tipo 1, “pretos”, que promoverão uma perfeita ancoragem da tinta de fundo. A Tabela 3 indica os consumíveis de soldagem e os parafusos adequados à composição das ligações para os aços ASTM A572 e o AÇO COR (aço patinável). COLETÂNEA DO USO DO AÇO 34 Figura 22: Projeto recomendado de enrijecedor, recomendado para a proteção anticorrosiva. Alma Enrijecedor SoldasFuro Mesa inferior Furo com r > 50 mm Figura 23: Fatores a serem avaliados na escolha da proteção de estruturas (caixa esquerda) e informações disponibilizadas no processo de especificação do sistema (caixa direita). Fatores pré-determinados Especificação de proteção Ambiente circundante da estrutura Possibilidades de tratamento existentes no fabricante da estrutura, ou no local da construção/montagem para obras in-situ Boa especificação Custo, isto é, o dinheiro disponível para a proteção Método utilizado no preparo superficial Tipos de revestimentos a serem utilizados Método de aplicação Número de camadas de revestimento e espessura de cada camada Dimensão e forma dos componentes estruturais Expectativa de vida da estrutura Possibilidade de intervenções periódicas de manutenção COLETÂNEA DO USO DO AÇO 35 Tabela 3: Consumíveis de soldagem e parafusos recomendados para diferentes aços. Para soldagem de múltiplos passes, pode-se utilizar eletrodos de composição química especial nos dois últimos filetes, que ficam, efetivamente, em contato com a atmosfera. Para passe simples (1 cordão), pode-se utilizar eletrodos convencionais, pois haverá diluição na poça de fusão. (*): AÇO COR 500, COS-AR-COR, CSN-COR, ASTM A588, etc. Jamais utilizar parafusos galvanizados em estruturas de aço patinável sem pintura, pois, o zinco (e, posteriormente, o aço do parafuso) servirá de anodo de sacrifício para a estrutura. A figura 23 traz, de forma sintética, os fatores mais importantes que devem ser pré- determinados na especificação de um sistema de proteção, assim como as variáveis necessárias a uma boa especificação: A Especificação de um Sistema de Proteção Solda ParafusoTipo de aço Eletrodo revestido MIG/MAG Arco submerso Eletrodo tubular ASTM A 572 Gr.50 E7018 E7018W E7018G ER70S6 ER8018S-G F7AOEM12K F7AOEW E70T-1 E71T-1 E70T-4 E71T8Ni1 E80T1W ASTM A325 Tipo 1 (galvanizado ou não) ASTM A325 Tipo3 Aços patináveis (*)em geral De modo geral, cada caso deve ser decidido por características próprias. Entretanto, os seguintes pontos podem ser de ajuda na tomada de decisões: • Os requisitos de proteção são mínimos no interior de edificações condicionadas para o conforto humano. A estrutura, imersa em tal ambiente, não requer nenhum tipo de proteção especial; • A durabilidade dos sistemas de pintura é em muito aumentada quando a limpeza superficial é feita por meio do jateamento abrasivo. A limpeza manual (ou ainda a motorizada) não oferece a mesma qualidade gerada pelo jateamento com partículas abrasivas; • Enquanto o jateamento abrasivo com partículas esféricas ( ) é o modo mais adequado para a maior parte dos sistemas de pintura, o jateamento com partículas angulares ( ) é essencial para o processo de metalização e também para algumas pinturas de fundo, como o silicato de zinco. O preparo de superfície constitui uma etapa importantíssima na execução da pintura, e está diretamente ligada ao seu bom desempenho. Ele é realizado com dois objetivos principais: • Limpeza superficial: Trata-se da remoção da superfície metálica de materiais que possam impedir o contato direto da tinta com o aço, tais como pós, gorduras, óleos, combustíveis, graxas, ferrugem, carepa de laminação, resíduos de tintas, etc. O nível requerido de limpeza superficial variará de acordo com as restrições operacionais existentes, do tempo e dos métodos disponíveis para a limpeza, do tipo de superfície presente e do sistema de pintura escolhido, uma vez que as tintas possuem diferentes graus de aderência sobre as superfícies metálicas; • Ancoragem mecânica: O aumento da rugosidade superficial proporciona um aumento da superfície de contato entre o metal e a tinta, contribuindo, desse modo, para o aumento da aderência. A rugosidade especificada está ligada à espessura da camada seca. Vários métodos têm sido propostos para a limpeza da superfície; eles são muito bem descritos na Norma ISO 8501-1. Essa norma se refere, essencialmente, à aparência da superfície do aço antes e após a limpeza manual, manual motorizada, jateamento abrasivo, etc. O método do jateamento é muito empregado na pintura industrial, sendo também muito comum nos fabricantes de estruturas metálicas. É feita através do impacto de partículas, geralmente abrasivas, impelidas à alta velocidade contra a superfície a ser limpa. Esta técnica possui duas grandes vantagens: • Elimina todas as impurezas superficiais, permitindo o contato do revestimento com o substrato; 1.6 - LIMPEZA SUPERFICIAL E PROTEÇÃO 1.6.1 - O preparo da superfície: porque é necessário e como é feito shot grit COLETÂNEA DO USO DO AÇO 36 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 37 • Confere rugosidade à superfície, permitindo a ancoragem do revestimento. Diversos materiais podem ser utilizados como abrasivos: areia, granalha de aço, vidro, ferro fundido, escórias e outros. A granalha de aço é o agente abrasivo normalmente utilizado em cabines de jato fechadas. Ela é feita de aços especiais, muito duros. O formato de suas partículas pode ser redondo ( ) ou angular ( ). As redondas podem ser recicladas até 450 vezes e deixam um perfil bastante arredondado. As angulares podem ser recicladas até 350 vezes e deixam um perfil anguloso e irregular. Os padrões de grau de limpeza descritos na Norma ISO 8501-1 qualificam padrões de jateamento usuais em nosso meio técnico: • St 2: Limpeza manual, executada com ferramentas tais como escovas, raspadores, lixas e palhas de aço; • St 3: Limpeza mecânica executada com ferramentas tais como escovas rotativas, pneumáticas ou elétricas; • Sa 1: É o jato ligeiro (brush off). A superfície resultante deverá encontrar-se inteiramente livre de óleos, graxas e materiais como carepa, tinta e ferrugem soltas. A carepa e a ferrugem remanescentes poderão permanecer, desde que firmemente aderidas. O metal deverá ser exposto ao jato abrasivo por tempo suficiente para provocar a exposição do metal base em vários pontos da superfície sob a camada de carepa; • Sa 2: Chamado de jato comercial. A superfície resultante do jateamento poderá apresentar manchas e pequenos resíduos devidos à ferrugem, carepa e tinta. Pelo menos 2/3 da área deverá estar isenta de resíduos visíveis, enquanto o restante será limitado pelas manchas e resíduos; • Sa 2 ½: Chamado de jato ao metal quase branco. É definida como superfície livre de óleo, graxa, carepa, ferrugem, tinta e outros materiais, podendo apresentar pequenas manchas claras devidas a resíduos de ferrugem, carepa e tinta. Pelo menos 95% da área deverão estar isenta de resíduos visíveis, sendo o restante referente aos materiais acima mencionados; • Sa 3: Conhecido como jato ao metal branco. Após a limpeza, o aço deverá exibir cor metálica uniforme, branco-acinzentada, sendo removidos 100% de carepas e ferrugens. A superfície resultante estará livre de óleos, graxas, carepa, tinta, ferrugem e de qualquer outro depósito. A superfície metálica deverá ser previamente lavada com água e tensoativos neutros, esfregando-se com uma escova de nylon. Após a lavagem, secar a superfície naturalmente ou com ar comprimido limpo (isento de óleo) e seco.Esta providência é necessária, pois as operações de escovamento e jato não removem óleos, gorduras e sais da superfície. shot grit 1.6.2 - Pintura: o que é e como protege A pintura é o principal meio de proteção das estruturas metálicas. Tintas são suspensões homogêneas de partículas sólidas (pigmentos), dispersas em um líquido (conhecido como veículo), em presença de componentes em menores proporções, chamados de aditivos. Os pigmentos são pós, orgânicos ou inorgânicos, finamente divididos (aproximadamente 5 mm de diâmetro). Em suspensão na tinta líquida, são aglomerados pela resina após a secagem, formando uma camada uniforme sobre o substrato. Os pigmentos promovem a cor, opacidade, coesão e inibição do processo corrosivo, e também a consistência, a dureza e resistência da película. Alguns dos pigmentos comumente utilizados nas tintas de proteção ao aço carbono são os seguintes: • Fosfato de zinco. É um pigmento que, em contato com água, dissolve-se parcialmente, liberando os ânions fosfato que passivam localmente a superfície do aço, formando fosfatos de ferro; • Zinco metálico. É utilizado o zinco metálico de alta pureza disperso em resinas epoxídicas ou etil silicato. As tintas ricas em zinco são também chamadas de “galvanização a frio”. Elas conferem proteção catódica ao substrato de aço (o zinco se corrói, protegendo o aço processo idêntico à proteção auferida pela galvanização tradicional). Um risco na pintura e o zinco começará a se corroer, protegendo o aço; • Óxido de ferro. É um pigmento vermelho que não tem nenhum mecanismo de proteção anticorrosiva por passivação, alcalinização ou proteção catódica. Entretanto, por ser sólida e maciça, a partícula atua como barreira à difusão de espécies agressivas, como água e oxigênio. Este pigmento é muito utilizado nas tintas de fundo, não é tóxico, tem bom poder de tingimento e apresenta boa cobertura; • Alumínio e outros. O alumínio lamelar e outros pigmentos também lamelares tais como a mica, talco, óxido de ferro micáceo e certos caulins atuam pela formação de folhas microscópicas, sobrepostas, constituindo uma barreira que dificulta a difusão de espécies agressivas. Quanto melhor a barreira, mais durável será a tinta. A junção de resinas bastante impermeáveis com pigmentos lamelares oferece uma ótima barreira contra a penetração dos agentes agressivos. Os solventes têm por finalidade dissolver a resina e, pela diminuição da viscosidade, facilitar a aplicação da tinta. Os solventes mais comuns utilizados em tintas são os líquidos orgânicos e a água. Os ligantes mais comuns são as resinas e os óleos, mas também podem ser inorgânicos, como os silicatos solúveis. Eles têm a função de envolver as partículas de pigmento e mantê- COLETÂNEA DO USO DO AÇO 38 COLETÂNEA DO USO DO AÇO las unidas entre si e o substrato. A resina proporciona impermeabilidade, continuidade e flexibilidade à tinta, além de aderência entre esta e o substrato. As resinas se solidificam através da simples evaporação do solvente ou pela polimerização, com ou sem a intervenção do oxigênio do ar. Em alguns casos, a resina é frágil e não possui boa aderência. Nestes casos, adicionam-se os chamados plastificantes, que, não sendo voláteis, permanecem na película após a secagem. As classificações mais comuns das tintas são feitas pelo tipo de resina empregada ou pigmento utilizado. As tintas de fundo, conhecidas como , são costumeiramente classificadas de acordo com o principal pigmento anticorrosivo participante, enquanto que as tintas intermediárias e de acabamento são usualmente classificadas de acordo com a resina empregada, como por exemplo, epoxídicas, acrílicas, alquídicas, etc. Os tipos de tintas mais importantes para a proteção do aço carbono, tendo como classificação o tipo de resina, são: • Alquídicas. Conhecidas como esmaltes sintéticos, são tintas mono componentes de secagem ao ar. São utilizados em interiores secos e abrigados, ou em exteriores não poluídos. Como as resinas utilizadas são saponificáveis, não resistem ao molhamento constante, a meios alcalinos ou à imersão em água; • Epoxídicas. São tintas bi componentes de secagem ao ar. A cura se dá pela reação química entre os dois componentes. O componente A é, de modo geral, à base de resina epoxídica, e o B, o agente de cura, pode ser à base de poliamida, poliamina ou isocianato alifático. São mais impermeáveis e mais resistentes aos agentes químicos do que as alquídicas. Resistem à umidade, imersão em água doce ou salgada, lubrificantes, combustíveis e diversos produtos químicos. As epoxídicas à base de água têm a mesma resistência daquelas formuladas à base de solventes orgânicos. De modo geral, não são indicadas para a exposição ao intemperismo (ação do sol e da chuva), pois desbotam e perdem o brilho (isto é, calcinam); • Poliuretânicas. São tintas bi componentes em que o componente A é baseado em resina de poliéster ou resina acrílica, e, o B, o agente de cura, é à base de isocianato alifático. As tintas poliuretânicas acrílicas alifáticas são bastante resistentes ao intemperismo. Assim, são indicadas para a pintura de acabamento em estruturas expostas ao tempo. São compatíveis com epoxídicos e resistem por muitos anos com menor perda da cor e do brilho originais; • Acrílicas. São tintas mono componentes à base de solventes orgânicos ou de água, e, assim como as tintas poliuretânicas, são indicadas para a pintura de acabamento. São tintas bastante resistentes à ação do sol. As tintas de fundo são aplicadas diretamente sobre a superfície metálica limpa. Sua finalidade é a de promover aderência do esquema ao substrato, e contém, costumeiramente, pigmentos inibidores de corrosão. Elas são utilizadas para a proteção dos aços estruturais e primers primers 39 são classificadas de acordo com os pigmentos inibidores adicionados em sua composição. Como exemplos, temos as tintas de fundo à base de fosfato de zinco, de zinco metálico ou de alumínio. Tintas de fundo são formuladas com altos teores de pigmentos e, por isso, são semibrilhantes ou foscas. Cada um destes pigmentos inibidores pode ser incorporado a certa variedade de ligantes, gerando, por exemplo, tintas de fundo alquídicas à base de fosfato de zinco, tintas epoxídicas à base de fosfato de zinco, etc. Tintas intermediárias não possuem as mesmas propriedades das tintas de fundo anticorrosivas, mas auxiliam na proteção, fornecendo espessura ao sistema de pintura empregado (isto é, proteção por barreira). De modo geral, quanto mais espessa a camada seca, maior a vida útil do revestimento, assim, várias demãos poderão ser aplicadas, até que se atinja a espessura adequada. Tintas intermediárias e de acabamento são, normalmente, classificadas de acordo com seus ligantes, como, por exemplo, as epoxídicas, vinílicas, poliuretânicas, etc. As tintas de acabamento têm a função de proteger o sistema frente ao meio ambiente e também dar a cor e brilho adequados. Elas devem ser resistentes ao intemperismo, a agentes químicos e ter cores estáveis. De modo geral, são tintas brilhantes com boa resistência à perda de cor e brilho. As várias camadas de pintura devem, naturalmente, ser compatíveis entre si. Eles podem pertencer à mesma família ou podem ser muito diferentes. Uma precaução que sempre deve ser adotada é a de todas as tintas do sistema devem preferencialmente pertencer ao mesmo fabricante. Isso minimizará a possibilidade de ocorrência futura de defeitos tais como a delaminação (descolamento). Os aditivos melhoram certas propriedades específicas das tintas. Existem aditivos antinata, secantes, plastificantes, antimofo, anti-sedimentantes, nivelantes, tixotrópicos, etc. Um mesmo aço, pintado com tipos diferentes de tintas, pode apresentar comportamento muito diferenciado quando expostoao mesmo meio agressivo. Esta diferença pode ser explicada admitindo-se que as tintas empregadas tenham diferentes mecanismos de ação contra a corrosão. Estes mecanismos, de maneira geral, são classificados em: • Proteção por barreira: A tinta deve ser a mais impermeável possível e aplicada em espessuras elevadas. Tintas de alta espessura, chamadas de HB ( ) tem como vantagem a economia de mão-de-obra para a aplicação. Além das tintas de alta espessura, as que oferecem melhor proteção por barreira são as betuminosas e as de alumínio. O inconveniente da proteção por barreira é que, se houver um dano à película, a corrosão se alastrará sob esta por aeração diferencial. Assim, é sempre recomendável que se utilizem tintas de fundo com mecanismos de proteção catódica ou anódica; high build COLETÂNEA DO USO DO AÇO 40 COLETÂNEA DO USO DO AÇO 41 • Proteção anódica: A proteção das regiões anódicas é proporcionada pelos pigmentos anticorrosivos, todos de caráter oxidante. A proteção pode ser dada através da dissolução do pigmento ou por ação oxidante; • Proteção catódica: A proteção é dada através da formação de pares galvânicos entre o aço carbono e partículas de zinco em pó (são as chamadas tintas ricas em zinco). Nestas, o zinco se corrói, protegendo o substrato de aço carbono. O teor mínimo recomendável de zinco na película seca é de 85%, pois o contato elétrico é fundamental à manutenção da proteção. Na elaboração de um sistema de pintura, todos as variáveis devem ser consideradas, tais como o ambiente, substrato, preparação de superfície, tintas, seqüência de aplicação, número de demãos, espessuras, tipos de aplicação e a que condições de trabalho estará submetida a superfície. Quanto melhor o preparo de superfície e maior a espessura, mais duradoura será a proteção que o sistema oferecerá ao aço. O bom preparo de superfície custa mais, porém a pintura durará mais. A Figura 24 traz sugestões de preparo de superfície e sistemas de pinturas adequados à proteção do aço em diversos ambientes. As orientações aqui apresentadas são genéricas, cabendo ao profissional uma consulta prévia e detalhada com os fabricantes de tintas e aplicadores. A escolha é baseada no grau de agressividade da atmosfera aliado ao tipo de exposição que as estruturas estarão submetidas, isto é, estruturas abrigadas (interiores) ou expostas (exteriores). Informações suplementares podem ser encontradas no folder de pintura da Perfis Estrutrais Gerdau ( ). Algumas observações importantes devem ser consideradas antes mesmo da definição do sistema: • Os componentes pintados devem ser estocados corretamente. Não deixe os componentes diretamente sobre o solo; separe-os por pedaços de madeira, permitindo a circulação do ar. Cubra-os, se necessário; • Componentes galvanizados que apresentem “corrosão branca”, provocada, normalmente, pela estocagem incorreta, devem ser limpos com escova de aço e lavados com água antes da pintura. Parafusos galvanizados devem ser utilizados preferencialmente em estruturas galvanizadas. http://www.gerdau.com.br Verifique se a aplicação de proteção contra fogo é requerida. Em caso afirmativo, peça ajuda ao fabricante ou aplicador do sistema de proteção frente ao fogo. for o caso, uma única proteção poderá atender aos dois requerimentos. 1.6.3 - Galvanização a quente na proteção de estruturas Galvanização a fogo (por vezes chamada de galvanização a quente) é um processo de aplicação de revestimentos de zinco a componentes de aço ou ferro fundido através da imersão do componente em um banho de zinco fundido. A simplicidade do processo de galvanização a fogo é uma vantagem sobre outros métodos de proteção contra corrosão. As principais vantagens da galvanização a fogo são apresentadas abaixo: Custo inicial inferior. A galvanização a fogo, de modo geral, possui custos muito competitivos quando comparados a outras formas de proteção especificadas na proteção do aço. O custo de aplicação de revestimentos que requerem mão de obra intensiva, como a pintura, tem crescido mais do que os custos de aplicação (em fábrica) da galvanização a fogo. Pequena manutenção/custo menor a longo prazo. Mesmo nos casos onde o custo inicial da galvanização a fogo é maior do que revestimentos alternativos, a galvanização apresenta menores custos de manutenção ao longo da vida útil do componente/estrutura. A manutenção é ainda mais cara quando as estruturas estão localizadas em áreas remotas. Vida longa. A expectativa de vida de revestimentos galvanizados aplicados sobre componentes estruturais excede os 40 anos na maior parte dos ambientes rurais, e se situa entre 10 a 30 anos na maior parte dos ambientes agressivos, urbanos e costeiros. Preparo superficial. A imersão em ácido, como pré-tratamento, garante a limpeza uniforme das superfícies de aço. Em contraste, revestimentos orgânicos tradicionais devem ser aplicados sobre superfícies limpas com jato abrasivo (em geral, em grau Sa 2 ½, ou superior) e inspecionadas. Adicionalmente, a aplicação de revestimentos orgânicos é limitada em termos das condições ambientais e umidade relativa na época da aplicação. Isto adiciona custo na aplicação de um sistema de pintura robusto. Adesão. O revestimento obtido através da galvanização a fogo está ligado metalurgicamente ao substrato de aço. Contaminação ambiental. O revestimento não é tóxico e não contém substâncias voláteis. Velocidade na aplicação do revestimento. Um revestimento protetor é aplicado em minutos. Um sistema de pintura tradicional pode levar vários dias. A aplicação do revestimento galvanizado não depende das condições do tempo. Proteção uniforme. Todas as superfícies de um componente galvanizado a fogo são protegidas tanto internamente quanto externamente, incluindo rebaixos, cantos-vivos e áreas inacessíveis à aplicação de outros métodos de revestimento. A Figura 2 ilustra este conceito. Proteção de sacrifício em áreas danificadas. Como dito anteriormente, o revestimento de sacrifício fornece proteção catódica às pequenas áreas de aço expostas à atmosfera, como poros e riscos. Diferentemente dos revestimentos orgânicos, pequenas áreas COLETÂNEA DO USO DO AÇO 42 43 COLETÂNEA DO USO DO AÇO danificadas não necessitam de retoques; a corrosão sob o revestimento não é possível quando se utilizam revestimentos de sacrifício. A técnica, entretanto, também possui algumas desvantagens. As principais podem ser descritas como: A galvanização a fogo não pode ser feita no canteiro de obras. O processo só pode ser feito em uma unidade industrial, a galvanizadora. A coloração do zinco somente pode ser alterada através da pintura. As dimensões dos componentes ou estrutura a galvanizar são limitadas pelas dimensões da cuba de zinco líquido. A alta temperatura do banho pode causar distorções em certos componentes. Existe o risco de que, painéis grandes e planos, não enrijecidos, possam sofrer distorções, assim como o empenamento de perfis I, H ou U, de grandes dimensões e pequena espessura de alma/mesas. Um bom projeto aliado à boa prática de galvanização previne as distorções. A soldagem de componentes de aço galvanizados a fogo pode demandar procedimentos diferentes daqueles demandados pelos aços não revestidos. A soldagem de componentes galvanizados resultará na perda, em algum nível, de parte da camada de revestimento. A camada é volatilizada durante o processo. Torna-se necessário, assim, o recondicionamento do revestimento ao longo do cordão de solda e áreas adjacentes, através da metalização, da utilização de tintas ricas em zinco ou outro método. É importante ressaltar que existem situações em que a pintura é a forma mais econômica de proteção e situações em que a galvanização deve ser o caminho escolhido. Não tenha idéias pré-concebidas a respeito de um ou
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