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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFTC ADRIAN FALCÃO VIEIRA SILVA CARLOS DA SILVA CARDOSO JUNIOR DEISE CONCEIÇÃO LINS HEBER SILVA SANTANA MAYANE AQUINO DOS SANTOS MURILO JOSÉ DE ALMEIDA FERREIRA CORROSÃO EM ESTRUTURAS DE AÇO Feira de Santana – BA 2021 2 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFTC ADRIAN FALCÃO VIEIRA SILVA CARLOS DA SILVA CARDOSO JUNIOR DEISE CONCEIÇÃO LINS HEBER SILVA SANTANA MAYANE AQUINO DOS SANTOS MURILO JOSÉ DE ALMEIDA FERREIRA Trabalho solicitado como avaliação na disciplina de Materiais de Construção II como nota parcial da I unidade do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário UNIFTC – Feira de Santana. Prof.: Paulo Leonardo Passos. Feira de Santana – BA 2021 3 INTRODUÇÃO As alterações em estruturas de aço, são relacionados aos processos de corrosão que pode se manifestar de diversas maneiras dependendo da exposição dos materiais constituintes. E, mesmo quando identificadas de forma localizada, essas manifestações patológicas podem diminuir a vida útil e a qualidade do metal. Com isso, é importante que as alterações sejam analisadas e sanadas o quanto mais cedo, para que, menores sejam os custos de manutenção e os riscos de acidentes no local. 4 SUMÁRIO OBJETIVO...................................................................................................................1 DESENVOLVIMENTO.................................................................................................2 Definições..........................................................................................................6 Causas...............................................................................................................7 Consequências..................................................................................................9 Prevenção........................................................................................................10 Tratamento.......................................................................................................12 CONCLUSÃO............................................................................................................17 REFERÊNCIAS..........................................................................................................18 5 OBJETIVOS Este trabalho tem como objetivo destacar a atenção que precisam ter nas patologias que envolvem o aço e os riscos que trazem a vida útil e qualidade da sua utilização. 6 DEFINIÇÕES Corrosão uniforme Esse tipo de corrosão tem em nome justamente pela forma que ela ocorre no aço, de maneira igual por toda superfície metálica, essa exposta em meio corrosivo. Corrosão Galvânica É um processo eletroquímico onde um metal corrói outro, quando ambos se encontram com contacto elétrico e na presença de um eletrólito. Corrosão por Lixiviação Essa corrosão forma lâminas do metal em processo de oxidação que vai se estendendo das camadas mais superficiais até às mais profundas. Corrosão por erosão Um liquido de que se escorre pelo aço forma uma película sobre o mesmo gerando assim essa corrosão de forma parcial. Corrosão sobre tensão A corrosão sob tensão é o fenômeno de deterioração de materiais causado pela ação conjunta de tensões e meio corrosivo. Corrosão por pontos Pela exposição à meios salinos ou aquosos esse tipo de corrosão gera perfurações no aço. Corrosão por frestas Essa corrosão se da nas partes mais profundas das festas do aço, quando duas superfícies estão muito próximas ou entrando em contato uma com a outra . Por causa da tensão superficial da água que fica nas fendas do aço. Corrosão em ranhuras Ocorre onde houver defeitos com cantos vivos, locais para depósito de solução aquosa ou exposição do material não protegido. 7 CAUSAS Corrosão uniforme É atribuída a “micropilhas” de ação localizada sendo considerada o mais comum tipo de corrosão principalmente em de estruturas expostas à atmosfera e outros meios que propiciem uniformidade do ataque à superfície metálica. Ocorre em metais expostos em ambientes homogêneos, ou seja, a perda de massa e espessura do metal é igual em todos os pontos de contato com o agente corrosivo. Corrosão galvânica Ocorre quando dois metais estão expostos em meio aquoso, sendo o liquido eletrolítico, assim haverá circulação de íons entre os materiais até que estejam em equilíbrio atômico. Corrosão por lixiviação Ocorre pelo efeito da agua no material. Essa corrosão forma laminas de material oxidado e se espalha por debaixo dele até camadas mais profundas. Para combater a essa floculação normalmente é feito um tratamento térmico. Corrosão por erosão O desgaste por erosão é gerado pela remoção de material de uma superfície. Essa remoção é ocasionada por partículas sólidas que estão em suspensão em um fluído que está sendo transportado Corrosão sob tensão As tensões presentes no processo corrosivo podem ser devidas a quaisquer fontes, como: Tensão aplicada durante operação do equipamento; Tensões residuais de processos de encruamento durante fabricação; 8 Tensões térmicas devido a tratamentos térmicos necessários ou a processos de soldagem. Os produtos de corrosão são outra fonte de tensão residual, já que podem exercer ação de cunha na região da trinca. Corrosão por pontos Esse tipo de corrosão gera perfurações em peças sem uma perda notável de massa e peso da estrutura. Ocorre normalmente em locais expostos à meios aquosos, salinos ou com drenagem insuficiente. Corrosão por frestas A corrosão ocorre em locais onde duas superfícies estão em contato ou muito próximas, por causa da tensão superficial da água que se aloja nas fendas e causa pilhas de aeração diferencial. O processo de corrosão se concentra na parte mais profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnosticar do problema. Corrosão em ranhuras Onde houver defeitos com cantos vivos, locais para depósito de solução aquosa ou exposição do material não protegido, podem ocorrer essa corrosão. 9 CONSEQUÊNCIAS Corrosão uniforme É uma corrosão que não traz grandes consequências, pois é fácil de calcular a vida útil do material que é vulnerável a esse tipo de degradação. Caso não ocorra correção correta existe grande perigo da peça não aguenta e ceder, podendo comprometer a estrutura. Corrosão Galvânica A principal consequência é no orçamento, esse tipo de corrosão danifica as peças fazendo necessário a troca, se não for realizado a técnica adequada, o ciclo irá continuar se repetindo. Corrosão por Lixiviação A peça pode ser recuperada em alguns casos, em outros, será necessário a troca, causando consequências negativas no orçamento. Corrosão por erosão Como essa corrosão é comum em equipamentos de bombeamento, peças de turbinas, tubos de caldeiras, são grandes as consequências no orçamento dessas industrias, sendo necessário técnicas adequadas para evitar a erosão. Corrosão sobre tensão Como consequências temos a limitação da utilização dos aços inoxidáveis em locais de águas quentes. Corrosão por pontos Como é uma corrosão que não é fácil ser detectada inicialmente, a maioria das vezes a recuperação da peça se torna mais difícil. Corrosão por frestas Assim como nos outros casos a principal consequência é orçamental, podendo prejudicar até mais de uma peça. Corrosão em ranhuras Sendo detectada e tratada inicialmente, as consequências são mínimas.10 PREVENÇÃO As patologias não têm sua origem concentrada em fatores isolados. A origem das patologias pode estar ligada a uma das etapas da vida útil da estrutura metálica: • Concepção estrutural; • Fabricação; • Montagem; • Utilização; • Manutenção. Para evitar todos esses tipos de corrosão, o aço – assim como qualquer outro elemento estrutural – deve passar por um processo de manutenção e prevenção de patologia decorrente do uso e do tempo. É necessário levar em conta alguns fatores para proteger o aço das agressões do meio: escolha do material, pintura, galvanização e, em particular, os detalhes da composição das peças, sua fixação e interfaces com demais elementos estruturais. “Para protegê-lo no caso de incêndio, o aço sofre grandes deformações sob altas temperaturas, por isso deve ser revestido por elementos que retardem o processo de deterioração, seja por recobrimento com elementos inertes ao fogo ou por pinturas intumescentes”, esclarece a profissional. São muitas as medidas de proteção e controle da corrosão do aço, mas há quatros formas comprovadas que podem (e, às vezes, devem) ser adotadas: Substituir o material metálico por outro tipo mais resistente à agressividade do meio de exposição ou que apresente taxa de corrosão pouco significativa. No caso de estruturas de concreto armado, pode-se substituir o aço- carbono de armadura por ligas especiais, incluindo armaduras de aços inoxidáveis ou de material não metálico. É possível, ainda, desenvolver concretos mais densos e resistentes ao ingresso de substâncias potencialmente corrosivas às armaduras de aço-carbono Modificar o meio de exposição que o material está presente, usualmente restrito a sistemas fechados, já que o meio pode ser condicionado com controle do pH ou da adição de inibidor de corrosão. No caso de componentes de concreto armado, é possível mudar o meio de embutimento da armadura pela realcalinização ou extração de cloretos no concreto de seu cobrimento, como também 11 adicionar inibidor de corrosão no concreto fresco ou na sua superfície (no caso de elementos existentes) Interpor barreiras entre o meio e o metal, em geral feito graças ao seu revestimento superficial, com material orgânico (pintura epóxidica ou poliuretânica) ou inorgânico (revestimentos metálicos). No caso de estruturas de concreto armado, o revestimento pode ser feito tanto na superfície do concreto (material orgânico) como na superfície da armadura de aço-carbono, com revestimento de zinco (galvanização) ou revestimento dúplex (aspersão de zinco e pintura epóxidica). Essas mesmas proteções se aplicam a estruturas metálicas atmosféricas, sendo a mais comum a galvanização do aço-carbono ou a aplicação de esquemas de pintura de alto desempenho Aplicar um potencial externo (proteção catódica) para a redução do potencial eletroquímico do sistema metal/meio para valores mais negativos do que o potencial natural de corrosão do sistema, reforçando sua imunidade contra a corrosão ou reduzindo a uma taxa de corrosão pouco significativa. Quando se trata de estruturas metálicas enterradas ou imersas em água do mar, por exemplo, certamente é a forma mais eficaz. No caso de estruturas/componentes de concreto armado, esse tipo de proteção é mais usual em sistemas de recuperação, com uso de ânodo de sacrifício fixado junto à armadura exposta na região a receber o material de reparo. Dentre todos os métodos mencionados, o revestimento superficial por meio da pintura é o mais comum na proteção anticorrosiva de estruturas e componentes metálicos ou de concreto armado ou protendido, justificado, principalmente, pela sua versatilidade de aplicação e pelo acabamento estético que confere aos substratos. 12 TRATAMENTOS Tratamentos anti-corrosivos O tratamento de superfícies tem por finalidade, impedir que as peças metálicas passem pelo processo de corrosão, seja em qual for o meio em que esteja exposta. Conforme visto anteriormente, a Corrosão pode ser definida, como sendo a deterioração que ocorre quando um material metálico reage com seu meio, fazendo com que haja perda de suas propriedades físico-químicas. Para estruturas e equipamentos em aço, o meio corrosivo mais importante é a atmosfera, que depende de: Oxigênio – Por não variar de local para locar, é um fator praticamente fixo; Umidade relativa do ar – varia de local para local devido ao clima, a geografia e a topografia da região e da presença de matas na região; Temperatura – influi na corrosividade, porque há menor possibilidade de condensação da umidade do ar a altas temperaturas; Atmosferas agressivas são as que contém poluentes e névoas salinas. Por poluentes definem-se vapores, gases e as poeiras não naturais. Os tratamentos de superfície são classificados em três tipos: - Revestimentos metálicos; - Revestimentos não-metálicos; - Revestimentos orgânicos. Revestimentos Metálicos Os revestimentos metálicos, além de possuírem finalidade decorativa, de resistência, de função elétrica e endurecimento superficial, servem também para como forma de aumentar a resistência dos metais ao processo corrosivo. A utilização de metais nos revestimentos anticorrosivos se explica devido a ação protetora devido a formação de películas protetoras de óxidos, hidróxidos e outros compostos que reagem com os oxidantes do meio corrosivo. Entretanto é necessário que ocorram formações de óxidos aderentes. Os mais comuns são o alumínio, o cromo, o níquel e o zinco. O chumbo, o estanho, o zinco e o cádmio, são resistentes aos ácidos em meio não aerado. Xxx - Aplicações de revestimentos metálicos Os principais procedimentos de aplicação e suas técnicas protetoras são: 13 a) Cladização – Conhecido também como cladeamento, é realizado por laminação conjunta a quente com chapa de metal base e metal de revestimento, ou então pelo processo de explosão. Essa técnica é muito utilizada em aço-carbono e aço inoxidável, assim como em alumínio metálico com chapa de alumínio. b) Imersão a quente – Utilizado em larga escala em revestimento do aço com estanho, cobre, alumínio ou zinco. Mergulha-se o material metálico em uma solução do metal de revestimento fundido. O nome dos processos tem origem nos tipos de revestimentos: aluminização, estanhagem, copperweld, galvanização ou zincagem. Na aluminização, o material que reveste o aço-carbono é o alumínio e a estanhagem é a liga de chumbo-estanho no aço, contudo, segundo Gentil (1996), esta é uma liga que produz um tipo particular de estanhagem, que são as chapas “terneplates”, onde a estanhagem pode ser produzida com a utilização do estanho apenas como recobrimento. Existe processo de tratamento chamado de copperweld, em que o aço revestido com o metal cobre. Quando o aço é revestido com o metal zinco o processo é chamado de galvanização ou zincagem à quente, muito utilizado devido a sua versatilidade, possui grande resistência à corrosão. c) Metalização – Este processo tem como finalidade recuperação, que utilizando metalização com zinco, estanho, chumbo, cobre, cromo, níquel e ainda ligas de cobre e zinco, aço inoxidável e outros. Esses procedimentos ocorrem utilizando-se pistolas específicas para esta aplicação e com o uso de oxi-acetilênico onde o fio de metal de revestimento se deposita na superfície do metal a ser protegido. Em outros processos de metalização, é utilizado um arco elétrico e plasma, usando gás inerte. O metal de revestimento utilizado possui a forma de pó cujos parâmetros de proteção dependem da qualidade do metal, da umidade, do preparo da superfície e da temperatura, para que haja aderência do revestimento. d) Eletrodeposição – Método muito utilizado por ter uma qualidade melhor de revestimento livre de poros e de camadas contínuas e finas com alto grau. Os materiais mais utilizadossão o zinco, cromo, cádmio, níquel, liga de cobre-prata e até ouro, em que metal utilizado no revestimento funciona como o ânodo, podendo ser o próprio metal a ser depositado. A utilização do eletrólito com sal do mesmo metal é comum em cubas eletrolíticas, considerando a existência de importantes parâmetros 14 no decorrer do processo como: densidade a ser aplicada, concentração do eletrólito, temperatura do banho, aditivos e a natureza dos cátodos e ânodos. e) Cementação – Bastante utilizado para revestimento com alumínio e zinco, sendo difundido na superfície do material metálico. Este procedimento possui nomenclaturas distintas: calorização quando feito pelo alumínio e sherardização quando feito pelo zinco. É utilziado em peças com volumes pequenos, como parafusos, porcas e niples. f) Deposição em fase gasosa – É um procedimento complexo utilizado para revestir superfícies com ligas de cromo, ferro, tungstênio e molibdênio, através de decomposição térmica. g) Redução química – É o processo em que ocorrem precipitações do metal formando uma película muito aderente na superfície metálica, aplicadas geralmente pela diminuição de íons metálicos presentes em soluções. É um processo usado para revestir formas complexas e interiores de tubulações cujo acesso é complicado. XX – Revestimentos metálicos não-orgânicos Os compostos inorgânicos, quando são depositados de forma direta na superfície como esmaltes vitrosos, vidros, porcelanas, cimentos, óxidos, carbetos, nitretos, boretos e silicietos são, de acordo às suas características particulares, processos de proteção em que cada caso e situações corrosivas devem ser levados em consideração. Os mais utilizados procedimentos de proteção por revestimentos não metálicos inorgânicos são a anodização, a cromatização e a fosfatização. Anodização – É o processo de proteção que se caracteriza pela aderência e pela alta resistividade elétrica, devido a isso é que a utilização do alumínio é excelente para resistir à corrosão atmosférica. O Al2O3 é obtido por oxidação química ou eletrolítica, conhecido por anodização. O material metálico é o ânodo, logo é possível se controlar a espessura de camada de óxido a ser obtida com baixa elasticidade e grande resistência à corrosão e ao desgaste mecânico. O alumínio na forma de trióxido de alumínio ou alumina, é muito eficiente para receber pigmentações corantes. Existem alumínios anodizados pretos, azuis, vermelhos e prateados, além de outros. Após a anodização, como a alumina é porosa, é necessário realizar a selagem ou (sealing) para vedar os poros formados, deixando-a mais resistente à névoa salina. 15 Este processo é feito pelo aquecimento em vapor d’água sob pressão ou em soluções de dicromato de potássio por um determinado tempo. b) Cromatização – É o processo em que se obtém um revestimento protetor oriundo de soluções que contém cromatos ou ácido crômico, cujo objetivo é aumentar a resistência à corrosão e de melhorar a aderência das tintas sobre os materiais metálicos, tais como alumínio ou ligas de alumínio. Pode ser feito em meio ácido ou básico, em baixas temperaturas, sendo muito rápido e eficiente, seja por jateamento (spray) ou por imersão, para em seguida ser lavado e seco. O alumínio, o magnésio, o zinco, o cádmio, o estanho, o cobre prata, o aço e as ligas de titânio e zircônio, possuem propriedades que facilitam a absorção de corantes. c) Fosfatização – Possui uma enorme versatilidade para aplicação, principalmente no ferro, zinco, alumínio, cádmio e magnésio. Tem grande resistência à névoa salina e, quando a superfície recebe a pintura posterior, é resistente à corrosão. Utiliza-se a temperatura ambiente para fazer o banho e é quase insensível a outros íons que possam estar presentes. A medida que se fosfatiza um metal, o banho fosfatizante produz corrosão primária, onde o fosfato primário produzido é solúvel, seguido de fosfatos secundários e terciários insolúveis (FeHPO4), que se depositam sob a forma de cristais. Pode se fosfatizar superfícies galvanizadas e zinco metálico com banhos de fosfato de manganês, entretanto no alumínio, pode precipitar o fosfato de alumínio, o que é prejudicial para o processo. XXX – Revestimentos Orgânicos As tintas são revestimentos não metálicos de natureza orgânica. É o método comum mais utilizado no combate à corrosão devido ao seu baixo custo e sua fácil aplicação. Algumas técnicas de pinturas industriais como as pinturas eletroforética e eletrostática, superam algumas das limitações desse processo anticorrosivo pela qualidade de aplicação e pela relação custo-benefício, sem contar que atendem a outras expectativas de quem as utiliza. Constituintes das tintas Veículos – parte líquida da tinta que tem como função originar as películas. Verniz – é o veículo sem pigmentos. 16 Veículos não voláteis (VNV) – formado pela parte sólida do veículo que tem a função de impermeabilizar a superfície e agrupar pigmentos, e conferir plasticidade à película. São as resinas, polímeros, óleos secativos. Veículos não voláteis conversíveis (VNVC) – Quando ocorre a polimerização do VNV em que há evaporação do solvente, simultaneamente, haverá oxidação ou condensação do veículo. Veículos não voláteis inconversíveis (VNVI) – Acontece quando ocorre a evaporação do solvente sem modificações estruturais. Veículos voláteis (VV) – Tem como função solubilizar ou baixar a viscosidade dos VNV, diminuindo ou acelerando a polimerização e melhorando sua aplicação. Solvente – Nos VV é a parte que solubiliza o VNV, ajustando a viscosidade da tinta e facilitando sua aplicação. Falso solvente – é a substância com baixo poder de solvência junto a VNV, servindo apenas para reduzir custos e ajustar a cura da tinta. Diluente – é um VV que não solubiliza o VNV, porém, quando adicionado à tinta, serve para baixar a viscosidade e ajustar o tempo de cura. Aditivos – São adicionados à tinta para aumentar a qualidade da película. Ao se adicionar sabões de ácidos graxos, eles têm a função antissedimentantes. Quando se colocam naftenatos ou linoleatos de chumbo, cobalto, manganês ou cálcio, estes possuem a função de secantes, formando películas por oxidação. Os fosfatos orgânicos são plastificantes. Os antioxidantes evitam a oxidação da tinta quando a lata for aberta. Usando sais orgânicos de mercúrio, evita-se a presença de fungos e se coloca óxido cuproso ou compostos de estanho que evitam o incrustamento em cascos de navios. Pigmentos – São substâncias sólidas quase insolúveis que ficam dispersas nos veículos, servindo de proteção anticorrosiva. Eles melhoram a cor e as características mecânicas das películas. Quando eles são solúveis, são chamados de corantes. As quantidades utilizadas apresentam muitas funções que vão do baixo custo ao aumento do rendimento, em que confere características diferentes entre os vários tipos de veículos. 17 CONCLUSÃO Conclui-se ainda que o estudo das patologias nas estruturas metálicas necessita ser tratado de forma mais elaborada e para a diminuição da ocorrência patológica requer que exista escolha de materiais eficientes, que o profissional se atualiza constantemente e exista uma manutenção preventiva, sistematizando os dados coletados através de inspeções visuais para manter um controle maior sobre o desenvolvimento das patologias e suas causas. 18 REFERÊNCIAS CALLISTER, William D.. Tipos de corrosão metálica e como evitá-las. 2007. Disponível em: https://rijeza.com.br/blog/tipos-de-corrosao-metalica-e-como-evita- las/. Acesso em: 24 mar. 2021. PARANÁ, Cesec/Ufpr – Centro de Estudos de Engenharia Civil da Universidade Federal do. Corrosão em estruturas metálicas. 2019. 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Mecanismos de envelhecimento e deterioração das estruturas. Material adaptado de Profa Dra Fernanda Giannotti. Disponível em: Acesso em: 29 mar. 2021.
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