CORROSÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS

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.

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 oxidando-se; causa básica da corrosão. Nesse processo tem-se a formação do óxido de ferro, mais estável, conhecido como ferrugem.

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;

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.

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

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,

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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

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.

  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

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.  

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

CORROSÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO

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

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.

Desvantagens do Uso baixa resistência à tração, baixa ductilidade e alguma contração

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.

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.

O concreto reforçado por aço, na forma de barras, redes ou outras armaduras criteriosamente colocadas, recebe a designação de concreto armado.

Uma variável do concreto armado é o concreto protendido que pode ser pré ou pós tensionado

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.  

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.

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.

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

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.

Segregação do concreto com formação de espaços vazios ou “ninhos” de concretagem, lançamento e vibração incorretos, formas inadequadas, etc.  

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.

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.  

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.

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.  

Outras ações químicas são as reações de álcalis com agregados 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.

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.  

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.

agentes biológicos Os agentes biológicos de deterioração no concreto são basicamente fungos e bactérias como os bacilos que são encontrados em esgotos.

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.