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CORROSÃO EM ESTRUTURAS
METÁLICAS
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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,
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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.
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ação de sulfatos mais presente em ambientes industriais,
onde há presença de sulfurados SOx como SO2, SO3 e o SO4
2– .
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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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).
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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.
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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.
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CORROSÃO EM ESTRUTURAS
DE CONCRETO
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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
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Flexibilidade na escolha das formas, economia, durabilidade, resistência ao fogo, possibilidade de ser fabricado no próprio canteiro de obras e aparência estética.
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Vantagens do Uso
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Desvantagens do Uso baixa resistência à tração, baixa ductilidade e
alguma contração
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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
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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.
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Concreto Armado
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O concreto reforçado por aço, na forma de barras, redes ou outras armaduras criteriosamente colocadas, recebe a designação de concreto armado.
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Uma variável do concreto armado é o concreto protendido que pode ser pré ou pós tensionado
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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Segregação do concreto com formação de espaços vazios ou “ninhos” de concretagem, lançamento e vibração incorretos, formas inadequadas, etc.
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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.
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deterioração do concreto
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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.
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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, SO4
2–).
A expansão causa grande aumento de volume da fase sólida.
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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.
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Lixiviação
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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.
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Outras ações químicas são as reações de álcalis com agregados. Podem ocorrer com a sílica, silicato e carbonato.
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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.
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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.
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agentes biológicos
Os agentes biológicos de deterioração no concreto são basicamente fungos e bactérias como os bacilos que são encontrados em esgotos.
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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.
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