Corrosão Solos

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CORROSÃO EM SOLOS 
 
 
 
Denise Souza de Freitas 
Engª de Corrosão, Ph.D. 
 
AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE E 
REABILITAÇÃO DE DUTOS 
Corrosão em Estruturas Enterradas 
- Abordagem - 
¤ Fatores influentes na corrosão em solos 
¤ Descolamento catódico 
¤ Ambiente favorável a ocorrência de 
fratura 
SOLOS 
Fatores influentes na corrosão em solos 
¨  Tipo de solo – textura e estrutura 
¨  Teor de água e posição do lençol freático 
¨  Aeração e difusão de oxigênio 
¨  Resistividade do solo 
¨  pH 
¨  Sais solúveis presentes no solo 
¨  Presença de microrganismos 
Tipo de solos 
¨  Distribuição do tamanho das partículas do solo 
n  Permeabilidade → movimento de fluidos ou gases na 
matriz 
n  Composição 
n  Argila→ distribuição de 
partículas pequenas → 
restritivo 
n  Areia → grande fluxo de 
fluidos e gases, silica, inerte 
n  Carbonatos → tampona o solo 
em pH neutro a alcalino 
Tipos de solo 
n Argila 
n Areia 
n Lodo 
n  A aeração determina o acesso de oxigênio e 
umidade às estruturas enterradas. 
n  É dependente das características físicas do 
solo. 
n  continuidade e porosidade no solo 
Exemplo: 
n  Solo argiloso encolhe em volume quando seca, 
produzindo fendas que são canais para o 
oxigênio. 
Aeração 
Corrosão localizada cerca de 15 cm abaixo 
da superfície do solo 
Vicente Gentil, Corrosão, 2000 
Corrosão por aeração diferencial 
n  A principal função do eletrólito é transportar 
corrente e promover as reações eletroquímicas no 
processo de corrosão 
n  O solo contém uma variedade de cátions e ânions 
n  Na+, K+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl-, CO32- 
n  A presença de íons promove a condutividade 
elétrica e determina as propriedades químicas do 
solo. 
Eletrólito 
n  Este fator está associado a diferentes secções de 
solo no mesmo duto devido à mudanças de meio 
ambiente: 
n  Estas variações podem ser causadas por: 
n  condições climáticas 
n  emprego de fertilizantes 
n  despejos industriais 
n  movimentação do solo 
n  Conseqüências: 
n  variação de potencial, aeração, reações químicas 
Heterogeneidade dos solos 
 Solos com quantidades grandes de sais solúveis, tem 
resistividade baixa, atuando como ânodo. Os solos 
com baixos teores de sais solúveis atuam como 
cátodo. 
Vicente Gentil, Corrosão, 2000 
Variação da composição dos solos 
SOIL PARAMETERS SAMPLES 
 Kilometer 39.353 Kilometer 48.316 Kilometer 55.000 
Cl- 0,07 ppm 9,04 ppm 5,92 ppm 
SO4 0,067 ppm 0,029 ppm 0,012 ppm 
Na 8,97 ppm 14,26 ppm 23,23 ppm 
Ca++ 120 ppm 1020 ppm 280 ppm 
Mg++ 72 ppm 84 ppm 132 ppm 
Al+++ 144 ppm 0,0 90 ppm 
P 1 ppm 9 ppm 51 ppm 
K 25 ppm 156 ppm 62 ppm 
Conductivity 0,1 mS/cm 0,26 mS/cm 0,2 mS/cm 
% Sand 72 62 79 
%Clay 6 22 18 
%Silt 22 16 3 
 
SOIL SAMPLES – AS RECEIVED 
 Kilometer 39.353 Kilometer 48.316 Kilometer 55.000 
Humidity Content (%) 27,81 28,78 29,34 
Resistivity (Ω.cm) 87000 4950 31500 
pH 6,40 7,16 5,71 
 
Composição 
do solo no 
trecho do 
Olapa /PR 
Correlação entre as Variáveis Físico-Químicas 
Resistividade vs. Teor de Umidade 
0
200
400
600
800
1000
1200
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
Teor de Umidade
R
es
is
ti
vi
d
a
d
e 
(k
oh
m
.c
m
) Km 54
Km 57
Km 60
OLAPA
Funil+papel Funil+papel Agua Porcentagem 
+amostra seca +amostra úmida Retenida de retenção
KM-60A 90,2864 138,73 48,4436 152,0197 61,7333 13,2897 21,5276
KM-60B 94,8207 141,36 46,5393 154,36 59,5393 13,0000 21,8343
KM-60C 0 0 0,0000 #DIV/0!
KM-54A 90,4233 133,41 42,9867 146,16 55,7367 12,7500 22,8754
KM-54B 95,1716 138,9 43,7284 152,09 56,9184 13,1900 23,1735
KM-54C 0 0 0,0000 #DIV/0!
KM-57A 90,2799 135,5 45,2201 149,9934 59,7135 14,4934 24,2716
KM-57B 94,6674 139,99 45,3226 155,31 60,6426 15,3200 25,2628
KM-57C 0 0 0,0000 #DIV/0!
Amostra Úmida MÉDIAAMOSTRA Funil+papel Amostra seca
Retenção de água - OLAPA
23,0245
24,7672
21,6810
Teor de Umidade vs. pH 
 pH 
Teor de Umidade Amostras 
 Km 54 Km 57 Km 60 
Como recebida 6,69 6,17 5,81 
0% - - - 
5% 4,36 6,63 5,55 
10% 5,11 6,82 5,26 
15% 5,13 5,54 5,10 
20% 4,94 5,34 4,45 
25% 4,73 5,24 4,42 
30% 4,51 4,60 4,35 
35% 4,05 4,46 4,29 
 
n  pH do solo varia ± de 3,5 a 10 
n  Solos contendo matéria orgânica úmida tendem a ser ácidos 
n  Solos minerais tendem a ser ácidos devido a lixiviação dos 
cátions básicos (Ca+, Mg+2, Na+2 e K+) e do CO2 
n  Algumas argilas adsorvem e trocam ambos, cátions e anions 
(especialmente fosfatos) tamponando o pH do solo 
Avaliação da corrosividade dos solos 
ALGUNS CRITÉRIOS PROPOSTOS: 
 
n Índice de Steinrath (resistividade, potencial redox, pH, umidade, cloreto, 
 sulfato e sulfeto) 
n Índice de Steinrath modificado (tudo acima mais contagem de 
bactérias) 
n Critério de Robinson (resistividade) 
n Critério da Acidez (resistividade e pH) 
n Critério de Starkey e Wight (potencial redox) 
n Critério de Booth (resistividade, potencial redox e umidade) 
n Critério de Girard (umidade de saturação, resistividade do extrato aquoso 
e acidez total) 
n Critério de Gotlieb e Vieira (resistividade, sais solúveis, acidez total e 
coeficiente de despolarização) 
n Norma DIN 50929 (conteúdo de argila, matéria orgânica, condutividade 
elétrica, pH, capacidade de tamponamento e teor de cloreto e sulfato) 
n  São determinantes do tamanho, número e locação de áreas 
anódicas como também da quantidade de corrente que flui 
do duto para o solo. 
n  Fatores determinantes: 
(1) Variação local do suprimento de oxigênio. 
(2) Diferenças de potencial causadas por: 
 -Contato entre diferentes metais 
 -Inclusões nos metais 
 -Presença de correntes de fuga 
 -Relação entre áreas anódicas e catódicas. 
As diferenças de potencial são influenciados pela resistividade 
do eletrólito e pela polarização da superfície do metal 
 
 
Fatores elétricos 
Trecho de tubulação evidenciando o contato com a 
malha de aterramento 
Contato entre metais diferentes 
Correntes de Fuga 
São correntes elétricas de interferência que abandonam 
seu circuito normal para fluir por uma região de menor 
resistência. 
 
n  Podem ter um efeito devastador em estruturas 
enterradas, em particular em dutos. 
n  A principal complicação é que a corrosão pode ser 
desenvolver a longas distancias. 
n  É dependente de praticamente todos os parâmetros do solo 
Corrosão por 
Corrente de Fuga 
n Cabo aéreo 
n solo 
Corrosão por 
Corrente de Fuga 
Potencial de Oxi-redução do Solo 
¨  Indica a capacidade de 
oxidação e redução do solo 
através da determinação da 
concentração de oxigênio 
Corrosão Microbiológica 
n  As bactérias aceleram a velocidade das reações anódicas e 
catódicas 
n  Promovem a formação de meio corrosivo. 
n  Degradam o filme protetor devido ao produto do 
metabolismo microbiano. 
Uligh´s Corrosion Handbook, Ed.Revie, R.W., 
p.341, 2000 
Biocorrosão 
Kang et al, Corrosion, Vol 57, No 9, 2001 
Estudo realizado em linhas de transmissão de gás na Korea 
Decolamento de uma Manta Termocontrátil Filme de FeS dentro da 
região descolada 
Corrosão encontrada 
 Perda da adesão de revestimentos orgânicos 
sob a influência de potencial ou corrente 
catódica (Proteção Catódica) 
 
 
Água, Potencial Catódico, 
Oxigênio, Cátion 
Descolamento catódico 
Pourbaix e a proteção catódica 
Superproteção 
2H2O + 2e-è2OH- + H2ñ 
Teorias sugeridas para o Descolamento 
Catódico 
Natureza Química 
n  Separação interfacial do revestimento 
n  Devido à água ou solução alcalina na interface do metal/revestimento.n  Dissolução de óxido 
n  Atribuído à alcalinidade da solução interfacial que leva a dissolução 
anódica do ferro. 
n  Falha coesiva e de degradação 
n  Causado pela saponificação do revestimento devido ao aumento do pH. 
n  Descolamento causado pelos produtos intermediários da 
redução do oxigênio. 
Natureza mecânica 
n  Descolamento do revestimento devido a evolução de hidrogênio. 
n  Falha mecânica devido à pressão interna do gás 
Freitas et al., Rio Oil and Gas 
Conference, IBP 1026_06, Rio de 
Janeiro, 2006 
 
 
 56,941 
 (356) 
 ↑ 
 Pipeline B 
0 ↓ ↓ 94,000 
 54,215 60.851 
 (224) (101) 
 ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ 
 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ 
 346 26,000 63,000 90,000 
Pipe Characteristics 
Pipe diameter = 12” 
Distance anode/pipeline = 100 m 
Deep of pipe = 2,008 m 
length unit = meters 
 
 
 Aging coating (80%efficiency) 
 
 New coating segments (99.9%efficiency) 
 
 ⊕ Pipe repairing localization 
 (pipe repairing extension) 
 
 
 
Representação esquemática de tubulação com 
substituição de trechos de dutos 
Sistema de proteção catódico dimensionado 
para revestimentos de baixa eficiência 
52000 54000 56000 58000 60000 62000
Pipeline coordinate (m)
-1.80
-1.60
-1.40
-1.20
-1.00
-0.80
Po
te
nt
ia
l (
Vs
ce
)
PIPELINE B
old pipeline coating efficiency
70%
80%
90%
 Influência de revestimentos antigos 
nos trechos novos em solo com 
resistividade de 4.000 Ωm 
 Montagem dos ensaio de 
descolamento catódico 
utilizando potenciais 
da simulação numérica 
 Aspecto dos 
revestimentos após 30 
dias de ensaio 
utilizando-se solo 
retirado dos trechos 
substituídos 
Manta Termocontrátil 
Ambiente favorável 
• Descolamento do revestimento 
• Umidade e CO2 
• Nível da proteção catódica 
• Condições do solo 
• Temperatura 
Susceptibilidade do material 
•  Condições de superfície 
•  Microestrutura do aço 
Tensionamento 
• Tensão de fabricação 
• Tensão de serviço: 
• Pressão de operação 
• Carregamento cíclico 
• Taxa de deformação 
• Carregamento secundário 
Corrosão sob Tensão em dutos(CST) 
ou Stress Corrosion Cracking (SCC) 
Corrosão sob Tensão em Dutos 
Principais condições para ocorrência: 
¨  Tubulação enterrada sob proteção catódica 
¨  Meio aquoso de carbonato/bicarbonato (SCC 
clássico) 
¨  Alta tensão de tração 
¨  Descolamento do revestimento 
¨  Potenciais entre –600 mv a –700 mv vs. SCE 
¨  Temperatura é importante 
Ambiente Favorável ao Trincamento 
Deterioração dos revestimentos 
Revestimento 
isolantes 
Ex: 
Polietileno 
tripla camada 
(PE3L) 
Manta 
Termocontrátil 
CO2 H2O O2 
Ruptura de tubulação de gás devido à CST 
Aspecto visual da falha por SCC 
em tubulação de óleo 14 
polegadas 
Propagação irregular na origem da falha Falhas secundárias próximas a fratura 
próxima a estação de compressor 
Aparência do CST 
Inspeção por Fluorescência- Partícula magnética 
Trincas paralelas ao plano de fratura 
CST clássica: pH elevado 
Trinca típica de CST, amostra polida 
n Tipo de trinca: Intergranular 
Orientação: Longitudinal 
 Circuferencial Caminho de propagação da trincas intergranular 
pH 9 a 12 
Trincas Intergranulares 
CST em pH próximo neutro 
¤  Tipo de trinca: 
Transgranular 
Trincas Transgranulares 
pH 5,5 a 8,8 
¤  Potencial de corrosão: 
-760mV a -790mV (Cu/CuSO4) 
¤  Solução no interior da fenda: 
-solução de bicarbonato diluído 
Principais áreas de ocorrência de SCC 
Relatório: “Stress Corrosion Cracking on Canadian Oil 
and Gas Pipelines”, MH-2-95, 1996 
Falabella et al., TGS, World Gas Conference 
(WGC), Amsterdan, 2006 
Observações interessantes: 
• 80% dos casos de SCC são 
encontrados nos primeiros 20Km 
das plantas de compressão de 
gás; 
• A temperatura é a principal 
variável e, na Argentina o solo é 
refratário fazendo que o calor 
seja dissipado lentamente; 
•  A proximidade dos retificadores 
é uma das variáveis mais 
importantes para a ocorrência de 
SCC devido á excessiva produção 
de H2 e a blindagem da corrente 
de PC. 
King et al, NRTC, International Pipeline Conference 
(IPC), Calgary 2004 
Observações interessantes: 
Ocorrência em regiões do 
revestimento descolado; 
• High Density Polyethilene 
(HDPE) e efeito de blindagem 
• Em poucos dias o pH na 
interface do revestimento/
metal caiu de 9 para 5.