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CONSTRUÇÕES ESPECIAIS I UNIDADE: ESTRUTURAS DE AÇO SLIDE 03 – CORROSÃO DO AÇO 1 - Corrosão • Há uma tendência natural do ferro constituinte do aço retornar ao seu estado primitivo de minério, ou seja, combinar com os elementos presentes no meio ambiente (O2 , H2O) formando óxido de ferro. • Esse processo começa na superfície do metal e acaba levando à sua total deterioração caso não sejam tomadas medidas preventivas. 2 – Consequências da Corrosão • Influir na segurança estrutural, reduzindo a seção resistente dos elementos de suporte • Quando o componente é vinculado ou imerso (completa ou parcialmente) em um material rígido e frágil, a ação expansiva dos produtos de corrosão pode induzir distorções ou fissuras. • Quando o ataque é localizado, a corrosão pode determinar a perfuração do componente, • Em condições específicas pode levar a ruptura repentina e imprevista, • A corrosão pode alterar o aspecto exterior, 3 - Formas de corrosão Corrosão uniforme • Ocorre com velocidade semelhante sobre toda a superfície. • A velocidade de penetração geralmente é limitada (100mm/ano) Corrosão localizada • Quando a superfície está em contato com um ambiente não uniforme • A velocidade de avanço pode chegar a 1mm/ano podendo levar a perfuração. Dissolução seletiva • No caso de algumas ligas, pode ocorrer o ataque corrosivo em apenas um componente da liga Corrosão associada à solicitação mecânica • Em alguns casos pode ocorrer a ação sinérgica entre corrosão e solicitação mecânica. • Exemplo: ação abrasiva de sólidos dispersos no fluido agressivo; corrosão- fadiga. 4 - Mecanismo eletroquímico • A corrosão na superfície metálica em contato com ambiente úmido ocorre por meio de um processo eletroquímico. Reação anódica: Oxidação do metal que torna disponível elétrons na rede cristalina Reação catódica: reduz uma espécie química presente no ambiente e consome os elétrons produzidos pelo processo anódico Oxidação – Ânodo Redução - Cátodo 4 - Mecanismo eletroquímico 2Fe → 2Fe+² + 4e- (Reação anódica) O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (Reação catódica) 2Fe2+ 4OH- → 4Fe (OH)2 (Formação da ferrugem) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)3 4.1 - Termodinâmica da corrosão • Um ambiente sofre corrosão em um certo ambiente quando podem ocorrer espontaneamente as reações anódicas e catódicas. • No caso de um metal exposto a um determinado ambiente é possível estabelecer se o metal sofrerá corrosão com a simples comparação dos potenciais de equilíbrio (Eeq) do processo anódico e catódico. Eeq,a < Eeq,ca 4.2 Corrosão Galvânica • A corrosão galvânica (bimetálica) pode ocorrer quando metais diferentes estão em contato num eletrólito comum (p. ex.: chuva, condensação, etc.). Se a corrente elétrica flui entre os dois, o metal menos nobre (o anodo) corroer a uma taxa mais rápida do que se os metais não estivessem em contato. • No caso do aço zincado, a formação do par galvânico é utilizada para se minimizar o efeito da oxidação, uma vez que essa é direcionada para o metal do revestimento (zinco), obtendo-se o que se chama proteção galvânica. No entanto, a formação indesejada de um par galvânico imprevisto, no qual o ferro atua como ânodo, pode ser desastrosa. 4.2 - Corrosão Galvânica • Alguns exemplos desse tipo de situação são o uso de parafusos de aço em ferragens de latão (liga de Cu-Zn), solda Pb-Sn em fios de cobre, eixos de aço sobre mancais de bronze (liga Cu-Sn), cano de ferro fundido conectado a sifão de chumbo, esquadrias de alumínio com dobradiças de aço, telhas de aço fixadas com parafuso de alumínio, ou vice versa, componentes de aço inoxidável e aço comum, etc. Placa de latão e parafusos de aço. Metal de sacrifício (ânodo) 5 - Passividade • Alguns metais, em certas condições ambientais, apresentam grande resistência à corrosão, graças as condições de passividade. • São exemplos: Aço inoxidável, ligas de alumínio exposto à atmosfera, aço imerso no concreto. • A passivação pode ser decorrente de: • Separação dos produtos de corrosão, em forma de patna ou camada espessa, em geral depois de longo período de exposição – exemplo: pátina de cobre • Diretamente do processo anòdico, em forma de filme muito fino, gerado em tempo muito breve – exemplo: liga de alumínio e aço inoxidável. 6 - Corrosão localizada • Raramente um ataque corrosivo acontece uniformemente sobre toda a superfície do metal. • Fatores que favorecem o surgimento de corrosão localizada: • Condições diferentes de aeração, • Acoplamento galvânico • Variações de pH decorrentes da própria reação eletroquímica. 6.1 - Pites de corrosão • Pites ou cavidade ocorre sobre materiais passivos quando o filme de passividade rompe-se localmente. • Presença de cloretos • Esse tipo de ataque é perigoso porque é extremamente localizado • Consequências: • Perfuração de componentes • Possibilidade de fissura de corrosão sob tensão • Alteração no aspecto da superficie Pites de corrosão Pites de corrosão • A ativação dos pites depende de diversos fatores: • Concentração de cloretos no ambiente • Variação de temperatura • pH • Composição e microestrutura do metal • Presença de interstícios • Tempo de permanência em contato com o ambiente 6.2 - Corrosão em frestas • Na superfície do metal pode-se criar condições que levam à formação de ambiente fechado semelhante as camarás oclusas dos pites 6.3 - Corrosão sob tensão Corrosão sob tensão é o fenômeno de deterioração de materiais causado pela ação conjunta de tensões mecânicas (residuais ou aplicadas) e meio corrosivo. A CST é caracterizada pela formação de trincas, o que favorece a ruptura do material. Por essa razão, a corrosão sob tensão é comumente chamada de corrosão sob tensão fraturante. Acontece comumente com metais dúcteis. 6.4 - Corrosão fadiga 7 - Corrosão Atmosférica dos aços • A corrosão atmosférica ocorre apenas em presença de água, mas é suficiente o filme de água produzido pela condensação da umidade ambiente. • A espessura do véu líquido influencia diretamente na velocidade de corrosão, • A velocidade máxima é alcançada na ordem de 0,1 a 0,2mm • A presença de poluentes pode piorar o efeito da corrosão 7.1 - Fatores meteorológicos e climáticos • Frequencia das precipitações • Ciclo de condensação da água • Presença de neblina • Umidade relativa • Temperatura • Exposição aos ventos • Exposição ao sol 7.2 - Umidade relativa • Para uma estrutura metálica pode-se especificar um valor critico de Umidade Relativa do Ar, acima da qual, se forma, por condensação um filme liquido capaz de promover a corrosão. • O limite geralmente situa-se em torno de 70 a 75%, mas pode variar com a composição química do metal e os agentes atmosféricos presentes • Quando a corrosão avança, a condensação pode ocorrer nos interstícios capilares mesmo com umidade relativa inferior 7.3 - Tempo de Umectação (TdU) • É o numero de horas em um ano que a superfície do metal fica exposto ao filme de água. • Tempo de Umecção relativo é o numero de horas em um ano que o metal fica exposto à umidade acima da crítica 7.4 -Temperatura • A temperatura ambiente é diferente da temperatura na superfície metálica • Quando a temperatura metálica é inferior à do ambiente, a água pode condensar-se • Quando a superfície do metal está molhada, um aumento da temperatura acelera a corrosão • O aumento da temperatura, de maneira geral, tende a acelerar o processo de corrosão • Abaixo de 0ºC a corrosão cessa. 7.5 - Agentes atmosféricos agressivos • A velocidade de corrosão aumenta na presença de poluentes • O dióxido de enxofre (SO2) é especialmente nocivo para o ferro e o zinco e está presente nos centros urbanos. Na presença de umidade pode formar o acido sulfúrico, os vapores condensados são ácidos. • Nas zonas urbanas a maior concentração destes poluente ocorre no inverno 7.6 - Chuvas eVapores condensados ácidos • O pH natural da chuva é em média 5,6, a presença de poluentes como poeira, oxido de nitrogênio, oxido de enxofre tendem a reduzir o pH e acelerar a corrosão 7.7 - Cloretos • Em ambientes marinhos ou em zonas onde se espalham sais de degelo, cloretos podem acumular-se sobre a superfície do metal. • Os cloretos aceleram a corrosão • Os sais de cloreto tende m a formar vapores condensados ate em ambientes com umidade relativa baixa, • Os cloretos não são consumidos no processo corrosivo e tendem a formar depositos 8 - Como proteger os aços da corrosão Na fase de projeto podem-se tomar cuidados para minimizar os problemas da corrosão. -evitar a formação de regiões de estagnação de detritos ou líquidos ou, se inevitável, prever furos de drenagem na estrutura -prever acessos e espaços para permitir a manutenção -preencher com mastiques ou solda de vedação as frestas que ocorrem nas ligações -evitar intermitência nas ligações soldadas -evitar sobreposição de materiais diferentes -evitar que elementos metalicos fiquem semi-enterrados ou semi-submersos 9 - Aços resistentes à corrosão atmosférica • Entre os aços resistentes à corrosão atmosférica destacam-se os aços inoxidáveis e patináveis. • Os aços inoxidáveis são obtidos pela adição de níquel e cromo, porém de uso restrito em edificações devido ao seu custo elevado, 9 - Aços resistentes à corrosão atmosférica • Os aços patináveis foram introduzidos no início da década de trinta, nos Estados Unidos, para a fabricação de vagões de carga. Dadas às características e qualidades desses aços, rapidamente encontraram aceitação na construção civil. Comercialmente, tais aços receberam o nome de “Corten” e hoje são mundialmente utilizados na construção civil. • Os aços patináveis, quando expostos à atmosfera, desenvolvem em sua superfície uma camada de óxido compacta e aderente denominada “pátina”, que funciona como barreira de proteção contra a corrosão, possibilitando, assim, sua utilização sem qualquer tipo de revestimento. • A maior resistência à corrosão desses aços advém principalmente da adição de cobre e cromo. Cada siderúrgica adota uma combinação própria desse elemento em seus aços comerciais, além de combiná-los com outros elementos, como níquel, vanádio e nióbio. • A maior aplicação dos aços patináveis tem sido em atmosfera urbanas, onde podem ser utilizados sem revestimento. No entanto, os aços patináveis revestidos têm suas características de resistência à corrosão sinergicamente ampliadas, aumentando o período para manutenção. Por esse aspecto, eles são muito empregados também com revestimento, 9.1 - Galvanização • O fenômeno da corrosão é sempre precedido pela remoção de elétrons do ferro, formando os cátions Fe++. • A facilidade de ocorrer essa remoção é variável de metal para metal recebe o nome de potencial de oxidação de eletrodo. • O zinco tem maior potencial do que o ferro. Assim, se os dois forem combinados, o zinco atuará como ânodo e o ferro como cátodo. 9.1 - Galvanização • Essa característica é utilizada como artifício para se prevenir a corrosão do aço e nela baseia-se o método de proteção pelo uso do zinco. • O aço revestido com zinco, na verdade, está protegido de duas maneiras distintas: • Se a camada de zinco se mantiver contínua, ou seja, sem qualquer perfuração, a mesma atua como uma barreira evitando que o oxigênio e a água entrem em contato com o aço, inibindo assim a oxidação. • Caso ela tenha qualquer descontinuidade e na presença do ar atmosférico, que possui umidade, o zinco passa a atuar como ânodo, corroendo-se em lugar do ferro. Essa propriedade confere à peça maior durabilidade uma vez que a corrosão do zinco é de 10 a 50 vezes menos intensa do que a do aço na maioria das áreas industriais e rurais e de 50 a 350 vezes em área marinhas. 9.2 - Pintura • A proteção contra a corrosão por meio de pintura do aço por material não metálico tem por objetivo criar uma barreira impermeável protetora na superfície exposta do aço. • Os materiais impermeáveis normalmente utilizados são esmaltes, vernizes, tintas e plásticos. 9.2 - Pintura • Limpeza da superfície: a vida útil do revestimento é função do grau de limpeza da superfície do elemento a ser pintado. Pode variar desde uma simples limpeza por solventes ou escovamento, até jateamento por granalha ao metal branco. Uma limpeza de superfície de alta qualidade pode custar até 60% do custo do trabalho de pintura. 9.2 - Pintura • Revestimento primário ou “primer”: tem como objetivo umedecer adequadamente a superfície e provê-la de adesão à camada subsequente de pintura. É um produto geralmente fosco, que contém pigmentos anticorrosivos para conferir a proteção necessária ao substrato. O primer também é aplicado sobre uma peça para dar proteção durante o seu armazenamento. • Camada intermediária: tem por objetivo fornecer espessura ao sistema, aumentando o caminho dos agentes corrosivos. As tintas intermediárias geralmente são neutras, isto é, não tem pigmentos anticorrosivos, nem coloridos. São também denominadas tintas de enchimento, sendo mais baratas do que os “primers” e do que as tintas de acabamento. • Camada final ou de acabamento: tem por objetivo dar aparência final ao substrato, como cor e textura, podendo também atuar como barreira aos agentes agressivos do meio ambiente. 9.2 - Pintura A durabilidade do sistema de pintura normalmente está condicionada ao tratamento da superfície e à escolha do tipo de pintura. Alguns podem durar mais de 15 anos, dependendo do local da obra e da forma de utilização. “A conservação é muito importante e quase sempre feita por meio do tratamento da superfície utilizando ferramentas manuais e mecânicas, sendo que a tinta também deve ter especificação de como deve ser aplicada O principal problema averiguado em pinturas é a forma de sua utilização e os eventuais danos mecânicos. “Nestes casos, a manutenção imediata é fundamental para a durabilidade do revestimento. Bibliografia da Aula Slide 1: CONSTRUÇÕES ESPECIAIS Slide 2: 1 - Corrosão Slide 3: 2 – Consequências da Corrosão Slide 4: 3 - Formas de corrosão Slide 5: 4 - Mecanismo eletroquímico Slide 6: 4 - Mecanismo eletroquímico Slide 7: 4.1 - Termodinâmica da corrosão Slide 8 Slide 9: 4.2 Corrosão Galvânica Slide 10: 4.2 - Corrosão Galvânica Slide 11: Metal de sacrifício (ânodo) Slide 12: 5 - Passividade Slide 13: 6 - Corrosão localizada Slide 14: 6.1 - Pites de corrosão Slide 15: Pites de corrosão Slide 16: Pites de corrosão Slide 17: 6.2 - Corrosão em frestas Slide 18: 6.3 - Corrosão sob tensão Slide 19: 6.4 - Corrosão fadiga Slide 20: 7 - Corrosão Atmosférica dos aços Slide 21: 7.1 - Fatores meteorológicos e climáticos Slide 22: 7.2 - Umidade relativa Slide 23: 7.3 - Tempo de Umectação (TdU) Slide 24: 7.4 -Temperatura Slide 25: 7.5 - Agentes atmosféricos agressivos Slide 26: 7.6 - Chuvas e Vapores condensados ácidos Slide 27: 7.7 - Cloretos Slide 28: 8 - Como proteger os aços da corrosão Slide 29 Slide 30: 9 - Aços resistentes à corrosão atmosférica Slide 31: 9 - Aços resistentes à corrosão atmosférica Slide 32 Slide 33 Slide 34: 9.1 - Galvanização Slide 35: 9.1 - Galvanização Slide 36: 9.2 - Pintura Slide 37: 9.2 - Pintura Slide 38: 9.2 - Pintura Slide 39: 9.2 - Pintura Slide 40: Bibliografia da Aula
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