Transcript corrosão em estruturas metálicas

CORROSÃO EM ESTRUTURAS
METÁLICAS
1
Metais ferrosos como o aço e o ferro fundido são
de largo uso na fabricação de estruturas e outros
componentes.

Os metais apresentam a
tendência natural de
atingirem um estágio mais
estável por meio da formação
de um composto metálico.

O processo espontâneo é a
corrosão que é a reação do
metal com componentes do
meio considerado.
2

Os principais minérios de ferro são Fe2O3 (hematita),
Fe3O4 (magnetita), e 2 Fe2O3.3 H2O(limonita) .

Por redução destes se obtém o ferro elementar (puro)

O ferro elementar é instável, como os demais metais,
e tende a voltar ao seu estado mais estável oxidandose; causa básica da corrosão.

Nesse processo tem-se a formação do óxido de ferro,
mais estável, conhecido como ferrugem.
3
consequências

a) reposições de matéria prima, energia e mão-de-obra;

b) custos e manutenção de processos de proteção;

c) uso de materiais mais caros (aço inoxidável, etc) no lugar
dos mais baratos (aço ao carbono, etc);

d) superdimenisionamentos;

e) interrupções na produção;

f) perdas de produtos;

g) contaminações de produtos;

h) menor eficiência do equipamento;
4

i) eventuais riscos em potencial de acidentes
e poluição em ambientes de trabalho;

j) eventuais riscos em potencial de explosões
e incêndios, etc;

k) queda de rendimento.

l) perda de propriedades das estruturas como
a resistência mecânica, comprometendo a
estabilidade da estrutura.
5

O aço das estruturas sofre
oxidação, pois normalmente
estão expostas ao tempo ou
em ambientes úmidos e
muitas vezes agressivos.

Cuidados com manutenção,
tanto corretiva como
preventiva, devem ser
tomados para prolongar a
vida útil das mesmas
6
Como acontece a corrosão?

A maioria dos metais é encontrada
combinada com um ou mais
elementos, na forma de minérios, que
são as formas oxidadas na natureza.

A purificação dos metais exige
aplicação de energia em grandes
quantidades. Assim como a
conformação final.
A tendência de decréscimo energético é a principal
força motriz da corrosão.
Tipos de corrosão
Corrosão Atmosférica

A corrosão atmosférica do aço carbono é um processo
eletroquímico (reações químicas + fluxo de elétrons). Metais
sujeitos às condições climáticas sofrem este tipo de corrosão
É descontínuo, o efeito acumulado é função do tempo de
contato com eletrólitos e da velocidade média de corrosão
durante estes períodos.

A extensão do ataque depende das condições climáticas, da
umidade relativa, da chuva, neblina, orvalho, temperatura do
ar, ventos, poluentes e superfície metálica,
8
principais fatores




tempo de contato
tempo que a superfície fica
recoberta por uma película de
água (como a chuva e o
orvalho).
poluição atmosférica
os cloretos dos ambientes
marinhos se depositam como
pequenas gotas ou cristais
formados.
9



ação de sulfatos
mais presente em ambientes
industriais, onde há presença de
sulfurados SOx como SO2, SO3 e o
SO42– .
O SO2 é gerado pela queima de
fósseis pela atividade vulcânica,
solubilizado na água (chuva e
orvalho) forma o ácido sulfuroso.
Oxidado forma ácido sulfúrico.
10
A previsão do desempenho do aço carbono em um
ambiente é complexa, depende de muitos fatores:
condição inicial de exposição;
massa da amostra;
orientação e velocidade do vento;
condição de abrigo;
natureza dos produtos de corrosão e poluentes não
medidos.

O ambiente ao qual o aço está exposto determina a
sua velocidade de corrosão.
11
Corrosão Uniforme

Se desenvolve de forma
homogênea sobre a
superfície metálica, a
perda de massa e
espessura igual em todos
os pontos. Ocorre em
ambiente homogêneo.

Aços ao carbono e as
ligas de cobre sofrem este
tipo de ataque.
12

O mecanismo dessa corrosão envolve a existência
reações eletroquímicas uniformemente.

É comum e de fácil controle, consiste em uma
camada visível de óxido de ferro pouco aderente que
se forma em toda a extensão do perfil.

A velocidade de corrosão uniforme é em geral
expressa em termos de perda de massa por unidade
de superfície e unidade de tempo ou pela perda de
espessura de metal corroído em função do tempo

Ocorre pela exposição direta do aço carbono a um
ambiente agressivo sem um sistema protetor ou
quando o mesmo é rompido e não reparado.

Rapidamente ocorre a formação de pilhas do tipo
ativo-passivo ou outras do tipo ação local ou
aeração diferencial.
14
Prevenção e Controle

Limpeza superficial com jato de areia e renovar a
pintura antiga.

Reforço ou substituição dos elementos danificados.

Pode ser evitada com a inspeção regular da
estrutura e com o uso de ligas especiais como o aço
inoxidável.

Sua localização é uma das mais simples e permite
evitar problemas com manutenção preventiva.
15
Corrosão por Placas

Os produtos formam-se em placas que se desprendem
progressivamente.

Ocorre em metais que formam películas inicialmente
protetoras que ao se tornarem espessas, fraturam e
perdem aderência, expondo o metal ao novo ataque.

Podem ser formadas crostas espessas de ferrugem em
forma de lâminas.

Ocorrem também quando a corrosão se dá por depósito,
como em casos de aeração diferencial.
16
corrosão por pites ou alveolar

É localizada , formam-se
pequenas cavidades de
profundidade considerável
e significativa em relação
a espessura do material.

Ocorre de forma
localizada, sendo também
chamada de puntiforme.
Não apresenta material
circundante (produto do
ataque).
17

Ataca materiais metálicos que formam películas
protetoras passivantes.

Ocorre nos pontos frágeis da película passivante.
Onde há quebra da película formam-se pilhas do tipo
ativo-passivo em locais de pequena área (pontos)


Não há redução homogênea da espessura, ocorre
dentro do equipamento, é de difícil acompanhamento.

O meio torna-se ácido dificultando a restituição da
camada passiva inicial.
18
prevenção e controle

As peças não devem acumular substâncias na
superfície e os depósitos devem ser removidos.

Deve ser realizada levando em conta o estado em
que o processo corrosivo se encontra.
Efetuar a limpeza no local e cobrir o furo aplicando
sobre ele um selante especial.

Pode requerer intervenção mais complexa, reforço da
estrutura ou substituição de peças.
19
Corrosão por Lixiviação
(lâminas de material corroído)

Forma laminas de material oxidado e se espalha
pelo seu interior até camadas mais profundas.

O combate a essa corrosão no metal, é feito
normalmente com tratamento térmico
20
Corrosão Erosão

Ocorre em locais turbulentos onde o meio corrosivo
se encontra em alta velocidade e aumenta o grau de
oxidação das peças.

Encontra-se esse problema em locais que contenham
esgotos em movimento, despejo de produtos
químicos (indústrias) ou ação direta de água do mar
ou de rios (portos, pontes e embarcações).

Ela pode ser diminuída por revestimentos resistentes,
proteção catódica, redução do meio agressivo e
materiais resistentes à corrosão.
21

Destrói, pontualmente a
princípio, as camadas protetoras
(passivas) formadas pelos
produtos de corrosão, formando
pilhas ativo-passivo.

Quando associado com o
processo erosivo, mais intenso
se torna o processo corrosivo,
ocorrendo um desgaste maior do
que se apenas agisse um dos
processos
22
Corrosão sob Tensão

É resultante da soma das
ações da tensão de tração e
do meio corrosivo.

Normalmente, regiões
tensionadas funcionam como
anodos.

Com o tempo surgem micro
fissuras que podem acarretar
um rompimento brusco da
peça antes da percepção do
problema.
23
Corrosão por Frestas

A ação da aeração diferencial e/ou
da concentração iônica diferencial
causa a formação de pilhas em
frestas nos materiais metálicos.

Aparecem em juntas soldadas,
juntas por rebites, em ligações com
flanges, em uniões por roscas de
parafusos, e em inúmeras
configurações de que permitam
formação de frestas.
24

No projeto, as frestas devem ser
minimizadas com o objetivo de
reduzir a corrosão.

As ligações parafusadas são
largamente utilizadas na montagem
final, quando a estrutura está
próxima de sua consolidação final.

Por se tratar de uma ligação com
maior grau de flexibilidade, requer
cuidados especiais na sua execução
para que a situação final da
estrutura seja a do projeto.
25
Corrosão em Ranhuras

Defeitos com cantos vivos,
locais para depósito de solução
aquosa, depósito e acúmulo de
sujeira ou exposição do material
não protegido, podem
apresentar essa forma de
corrosão.
Muitas vezes passam
desapercebidas em
manutenções e se tornam
visíveis somente quando o
material oxidado aflora na
superfície após ataque mais
intenso.
26
Corrosão em Canto Vivo



Há diversos modos de
evitar a corrosão mas,
para cada tipo existe um
método que melhor se
aplica.
Processos de prevenção
exigem investimento e são
realizados com as peças
ainda em ambiente
industrial.
Revestimentos são feitos
na própria obra e dão
qualidade à peça.
27
Corrosão Galvânica

Forma bastante comum de corrosão em meio
aquoso e pode ocorrer quando dois metais
diferentes são conectados eletricamente em um
mesmo líquido formando uma pilha.

Enquanto um dos metais cede elétrons ao outro e se
corrói (anodo), o outro metal fica protegido, e não
sofre ataque (catodo).
28

Para que a corrosão galvânica ocorra é necessário que
existam três condições concomitantes:



1. Metais diferentes ou heterogeneidade num mesmo metal
2. Presença de eletrólito;
3. Contato elétrico entre os dois metais.
Se uma das três condições não ocorrer, não haverá corrosão
galvânica.
29
Cuidados em Projetos

É difícil proteger uma estrutura metálica se ela foi mal
projetada sob o ponto de vista da corrosão.

A proteção da corrosão mais barata e eficiente é o
projeto correto, desfavorecendo o ataque corrosivo.

Uma construção econômica é a que apresenta os
menores custos totais ao longo de sua vida.

Custos de manutenção, como a pintura, constituem parte
importante do custo total.

A construção mais barata pode não ser a mais
econômica.
30
CORROSÃO EM ESTRUTURAS
DE CONCRETO
31

É o principal material de
engenharia usado em
construções.

É usado nos mais variados
tipos de construções como:
pontes, edifícios, barragens,
muros de arrimo, em pisos
de tipos variados, pavimentos
de estradas etc
32
Vantagens do Uso

Flexibilidade na escolha das formas, economia,
durabilidade, resistência ao fogo, possibilidade de ser
fabricado no próprio canteiro de obras e aparência
estética.
33
Desvantagens do Uso

baixa resistência à tração, baixa ductilidade e
alguma contração
34
composição


As composições são variadas, mas contém (em
volume) entre 7 e 15% de cimento portland, 14 a
21% de água, 0,5 a 8% de ar, 24 a 30% de
agregados finos e 31 a 51% de agregados grossos.
A pasta de cimento atua como uma “cola” que liga
entre si as partículas do agregado

O cimento portland endurece devido a reações com
a água, denominadas reações de hidratação.

Estas reações são complexas e não estão
totalmente esclarecidas.
35
Concreto Armado

A resistência à tração do concreto é dez a quinze
vezes menor que à compressão.

Assim , o concreto é usado em compressão, nos
projetos de engenharia.

Se uma peça em concreto será submetida a forças de
tração (vigas), o concreto é moldado contendo no seu
interior barras de aço como reforço.

Desta forma, os esforços de tração são transferidos
para o aço por aderência entre o aço e o concreto. 36

O concreto reforçado por aço, na forma de barras,
redes ou outras armaduras criteriosamente colocadas,
recebe a designação de concreto armado.
37

Uma variável do concreto armado é o concreto
protendido que pode ser pré ou pós tensionado
38

Na hidratação são produzidos álcalis, principalmente
o hidróxido de cálcio que se dissolve na água e
preenche os poros e capilares do concreto
conferindo-lhe um caráter alcalino.

Isto proporciona uma passivação do aço que consiste
numa capa ou película protetora composta de óxidos
compactos e contínuos, que mantém a armadura
protegida, mesmo em concretos com elevada
umidade.
39

O cimento recobre as armaduras, o concreto deve
ter alta compactação, sem falhas e com teor de
argamassa adequado e homogêneo, para garantir,
por impermeabilização, a proteção do aço ao
ataque de agentes agressivos externos.

A exposição das estruturas de concreto armado às
condições ambientes, chuva ácida, poluentes como
o SO2, e CO2 e especialmente a ambientes
contaminados com cloretos, pode provocar a
corrosão de armaduras.
40

O CO2 ao penetrar no concreto e reage com o
Ca(OH)2, provocando a diluição do passivante da
armadura, com possibilidade de corrosão na
presença de umidade.

A carbonatação é outra reação que provoca a
diluição do passivante, permitindo o início do
processo de corrosão, quando em presença de água
(eletrólito), oxigênio e diferença de potencial da
armadura.
41

A corrosão das armaduras destrói o aço imerso no
concreto, causa expansão volumétrica, gerando
tensões significativas.

A manifestação da corrosão das armaduras ocorre
sob a forma de fissuras, destacamento do
cobrimento, manchas, redução da seção da
armadura e perda de aderência
42

A aplicação do concreto
e a adequada cura são
fundamentais para a
sua vida útil.

Muitas falhas podem
ocorrer nesta fase.

As mais comuns na
aplicação do concreto
são: elevado fator
água/cimento que traz
elevada porosidade do
concreto e fissuras de
retração.
43

Segregação do
concreto com
formação de espaços
vazios ou “ninhos” de
concretagem,
lançamento e vibração
incorretos, formas
inadequadas, etc.
44
deterioração do concreto

Além do ataque nas armaduras,
o concreto pode sofrer diversos
tipos de deterioração.

A ação química pode ocorrer na
pasta de cimento e no agregado.

Causas: gases contidos na atmosfera
(CO2, SO2 etc.); águas puras, turvas,
ácidas, e marinhas;

compostos: óleos, gorduras,
combustíveis, líquidos alimentares,
entre outros.
45



Os íons cloreto (corrosão química) destroem a
película passivadora, mas não atacam o concreto
Forma-se sílica gel pela reação de ataque ao silicato
tricálcico do concreto
É grande o poder de destruição e requer maior
cuidado nas execução de obras litorâneas.
46

Sulfatos podem estar presentes na água e reagem
com os compostos da pasta de cimento hidratada.
Tais reações causam expansão do volume.

É comum em ambientes industriais e onde há
sulfurados ( SO2, SO3, SO42–).

A expansão causa grande aumento de volume da
fase sólida.
47
Lixiviação

No concreto, consiste na dissolução e arraste do
hidróxido de cálcio da massa de cimento endurecido.

Vem do ataque de águas puras ou com poucas
impurezas, e ainda de águas de chuva ou infiltração
de umidade, águas pantanosas, subterrâneas,
profundas ou ácidas.

Causam a corrosão, quando podem circular e
renovar-se. Quanto mais poroso o concreto, maior a
intensidade da corrosão.
48

Outras ações químicas são as reações de álcalis
com agregados. Podem ocorrer com a sílica, silicato
e carbonato.
Com a sílica ocorre quando a
solução alcalina da pasta de
cimento ou de uma fonte
externa reage com alguns
minerais do grupo do quartzo
(opala, calcedônia, cristobalita
e tridimita) encontrados no
agregado.
49

Com silicato se dá com determinados tipos de
silicatos presentes em rochas sedimentares, rochas
metamórficas e ígneas (basalto). É uma reação lenta
e complexa que causa deterioração do concreto.
50

Com o carbonato se dá com
agregados carbonáceos, como
o calcário dolomítico argiloso.

Forma um produto na forma
gel nos poros e na e superfície
do agregado.

Destrói a aderência
pasta/agregado. A reação
consome água aumentando o
volume acarretando a
desagregação do concreto.
51
agentes biológicos

Os agentes biológicos
de deterioração no
concreto são
basicamente fungos e
bactérias como os
bacilos que são
encontrados em
esgotos.
52
vegetais de grande porte


Podem desagregar o concreto, quando as raízes
impregnam e crescem no mesmo.
A deterioração do concreto pode ser causada por
esforços excessivos que causam fissuras, havendo
entrada de agentes agressivos, ocasionando a
despassivação das armaduras.
53