Grupo de Materiais de Construção Departamento de … · 2013-08-05 · Grupo de Materiais de Construção Disciplina: Materiais I Turma: ... Fe + ½ O 2 FeO T= 1000 °C 3Fe + 2O

Grupo de Materiais de ConstruçãoDepartamento de Construção CivilUniversidade Federal do Paraná

Direitos Reservados UFPR

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ELETROQUÍMICA E CORROSÃO ELETROQUÍMICA E CORROSÃO METÁLICAMETÁLICA

Prof. Dr. Marcelo MedeirosProf. Dr. Marcelo Medeiros

Departamento de Construção CivilGrupo de Materiais de Construção

Disciplina: Materiais I

Turma: TC-030

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Introdução:

Materiais metálicos = metais e ligas metálicas:Subst. inorgânica c/ 1 ou + elementos metálicos (e não metálicos)

Elementos metálicos:Ferro, cobre, alumínio, níquel, titânio...

Ponte sobre a grota do São João, Estrada de Ferro

Curitiba-Paranaguá, (1885)

Aço = 99,7% Fe + 0,3% C

ROCA engenharia

Não metálicos em ligas:Carbono, o nitrogênio e o oxigênio.

3

Minérios de metais:

Em geral formas oxidadas do metal.

Quantidade significativa de energia p/ reduzir minério ao metal puro.

Fundição e conformação posterior do metal envolvem processos onde mais energia é gasta.

Introdução:

Material de aula do Prof. Dr. Marcelo MedeirosMaterial de aula do Prof. Dr. Marcelo Medeiros 4

Corrosão

Tendência do metal reverter ao seu estado original, o de mais baixa energia.

A tendência de decréscimo energético é a principal encorajadora à corrosão metálica.

Introdução:

Material de aula do Prof. Dr. Marcelo MedeirosMaterial de aula do Prof. Dr. Marcelo Medeiros

5( Pannoni, F. D.)

CICLO DO

FERRO

Introdução:

6

Corrosão afeta diversos setores:

• Indústrias - química, petroquímica, etc.

• Meios de transporte - aviões, automóveis, navios, etc.

• Medicina – implantes

• Monumentos

• Construção civil

Introdução:




2

7

DURABILIDADE DO CONCRETO

Gastos de paises europeus com manutenção e reparos:

(Ueda , Tanaka; 2007)(Dados do ano 2004, p/ Itália ano de 2002)FONTE: Revista Concreto - Ibracon

PaisGastos com

construções novasGastos com

manutenção e reparoGastos totais com

construção

França85,6 Bilhões de Euros

(52%)79,6 Bilhões de Euros


(100%)

Alemanhã99,7 Bilhões de Euros



(100%)

Itália58,6 Bilhões de Euros



(100%)

Reino Unido

60,7 Bilhões de Pounds(50%)



8

Corrosão:

Introdução:

Custos do combate à corrosão - ±1,8 % do PIB

Gera perdas econômicas imensas

É importante compreender os fenômenos que envolvem a corrosão para que se possa melhor combatê-la.

9

Conceito de Corrosão:

Deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica, pode ou não estar associada a esforços

mecânicos.

Corrosão dos materiais metálicos = corrosão metálica.

10

Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos não metálicos: O2, S, H2S, CO2 .....

Produz compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extraídos.

(G. S. Pimenta, 2006)


11

Processos corrosivos classificados em dois grupos:

• Corrosão Química

• Corrosão Eletroquímica



Processo menos freqüente na naturezaSob temperaturas elevadas.

Caracterizada por:

• Ausência da água líquida;• Temperaturas acima do ponto de orvalho da água;• Interação direta entre o metal e o meio corrosivo.

Não se necessita de água líquida.

Corrosão seca.


Corrosão química:




3

13

Corrosão química:

Interação direta entre o metal e o meio corrosivo.

Ocorre em equipamentos que trabalham aquecidos:

fornos, caldeiras, unidades de processo, etc.

Chapa de aço inox atacada por ácido

clorídrico


14

Corrosão química:

Os casos mais comuns são a reação com o oxigênio (OXIDAÇÃO SECA), a dissolução e a formação de

compostos.

OXIDAÇÃO DO FERRO AO AR SECO

Fe + ½ O2 � FeO T= 1000 °C

3Fe + 2O2 � Fe3O4 T= 600 °C

2Fe + 3/2 O2 � Fe2O3 T= 400 °C


Carepa de laminação: produto aderente e resistente (óxido de ferro)

15

Corrosão eletroquímica:

(mais freqüente na natureza)

Caracterizada por:

• Necessidade da presença de água no estado líquido;

• Forma uma pilha ou célula de corrosão, c/ a circulação de elétrons na superfície metálica.

Como o eletrólito contém água líquida, a corrosão eletroquímica é denominada:

Corrosão em meio aquoso






Corrosão: reação com a água

forma ferrugem: produto não aderente, com baixaresistência e muito expansivo (hidróxido de ferro)

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Este é o tipo deCorrosão mais comum

Processo eletroquímico

Forma composto expansivo




� NOBREZA CRESCENTE

Magnésio Ligas de magnésio Zinco Aço galvanizado Ligas de alumínio 5052, 3004, 3003, 1100, 6053 Cádmio Ligas de alumínio 2117, 2017, 2024 Aço baixo carbono ... Chumbo Estanho Ligas de cobre ... Aços inoxidáveis ... Prata Titânio Grafite Ouro Platina





4

19

� NOBREZA CRESCENTE

Magnésio Ligas de magnésio Zinco Aço galvanizado Ligas de alumínio 5052, 3004, 3003, 1100, 6053 Cádmio Ligas de alumínio 2117, 2017, 2024 Aço baixo carbono ... Chumbo Estanho Ligas de cobre ... Aços inoxidáveis ... Prata Titânio Grafite Ouro Platina



20

Metais diferentes: (pilha galvânica)Dois metais ou ligas diferentes em contato elétrico na

presença de eletrólito.

O metal com menor potencial torna-se o ânodo, isto é, perde elétrons para o metal de maior potencial.

www.abraco.org.br


21

Fe Cu

Caso 1



Fe Cu

Caso 2Material de aula do Prof. Dr. Marcelo MedeirosMaterial de aula do Prof. Dr. Marcelo Medeiros


23

iFe Cu

Caso 3

e-

cátodo

Fe+2

ânodo

Fe+3

Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica



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iZn Fe

Caso 4

e-

cátodo

Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica



ânodo



5

25

Mg

Tubulação de aço carbono


Solo

Nível do terreno

Exemplo de aplicação:Proteção catódica de tubos de aço enterrados


Incompatibilidade do aço inox do corrimão com o aço carbono do apoio.

Metais diferentes: (Corrosão galvânica)

Aço inoxidável = liga de Ferro e

Cromo (mín.11%), podendo conter também Níquel,

Molibdênio e outros.

(Panonni, F. D.)

Aço inox

Aço carbono


27Tubulação em aço galvanizado unida com tubulação de cobre.


www.forumdaconstrucao.com.br


28

Gradil unido por solda às armaduras de aços diferentes. Aço carbono comum com aços para

concreto armado.


(Martin McGovern- CONCRETE TECNOLOGY TODAY)

Aço = liga metálica formada por ferro e carbono, (%C entre 0,008 e 2,11% ).


29

Brise unido por solda às armaduras (aços diferentes)


(Granato - Basf)

(Granato - Basf)


30


Telhas galvanizadas ou de alumínio em contato com a estrutura de ferro.

Isolamento do contato




6

31


Detalhe de fixação de tubo de cobre com alça de aço galvanizado com afastador de PVC p/ evitar a corrosão galvânica.

(José Freitas Jr.)


32

Deszincificação da parte interna de uma válvula de

latão

Formação de um par galvânico devido à grande diferença de nobreza entre dois elementos de uma liga metálica.

Tipos: grafítica e deszincificação.

(Gentil, 1996)


Metais diferentes:

Exemplo: Corrosão Galvânica

33

Condições termodinâmicas para que hajacorrosão eletroquímica:

• ddp • eletrólito • conexão elétrica



34

Pilha de Corrosão Eletroquímica:

Elementos fundamentais:

• Área anódica: (metal que perde ou cede elétrons)Superfície onde ocorre a corrosão (oxidação);

• Área catódica: (metal que recebe os elétrons)Superfície protegida onde não há corrosão(reações de redução);

• Eletrólito:Solução condutora – envolve as áreas anódica e catódica.(Em geral solução de água c/ ácidos ou bases) ;

• Ligação elétrica entre as áreas anódica e a catódica.



35

Causas para a diferença de potencial:

• Metais diferentes → Corrosão galvânica


iFe Cu

Caso 3

e-

cátodo

Fe+2

ânodo

Fe+3

36

• Em metais iguais

Aeração diferencial

Concentrações diferentes de oxigênio causa

diferença de potencial.



Fe

Caso 5

Fe

ânodo Cátodo

O2

O2

O2

O2

O2




7

37

• Em metais iguais Aeração diferencialConcentrações diferentes de oxigênio.

Eletrólito no interior de uma fresta, concentra menos oxigênio (área anódica) que na parte externa (área catódica).

O desgaste se processará no interior da fresta.

(Panonni, F. D.) (Panonni, F. D.)

(C. T. Tebecherani)



38


Concentração

iônica diferencial

Quando um metal é exposto a concentrações diferentes de seus próprios íons.




Fe

Caso 6

Fe

Cátodo Ânodo

Fe+3

Fe+3

Fe+3

Fe+3

Fe+3

Fe+3

Fe+3

Fe+3

Fe+3Fe+3

39

• Em metais iguais Concentração iônica diferencial

Freqüente em frestas quando o meio corrosivo é líquido.O interior da fresta concentra íons de metal (área

catódica), a parte externa fica menos concentrada (área anódica), Corroi as bordas da fresta.

(Panonni, F. D.)

ABRACO



40


Energia diferencialCorrentes externas ou situações diversas que levam a

deformações no reticulado cristalino do metal, causam diferença de potencial.



41

• Em metais iguais Energia diferencial

Diversas situações podem criar diferenças nos níveis de energia interna no reticulado cristalino dos metais:

• Estados diferentes de tensões• Estados diferentes de deformações

• Acabamento superficial• Tratamentos térmicos diferentes

• Gradiente de temperatura



42


Região curvada do tubo tem seu

reticulado cristalino deformado. Esta área torna-se o ânodo.

Corrosão sob tensão em aço inoxidável

(Gentil, 1996)





8

43

Estados diferentes de tensões

Extremidades das vigas sob maior tensão levou a corrosões localizadas.

(Gentil, 1996)




44

Passivação:

Termo que significa que o metal está passivo ao processo de corrosão.

Decorrente da formação de uma película fina de óxido estável e aderente na superfície do metal.

Alguns metais são formadores desta película protetora, como: Chumbo, cromo, alumínio, aço inoxidável, ferro,

cromo e titânio....

Em geral metais onde não há crescimento significativo de volume com a oxidação.


45

Condições termodinâmicas para que hajacorrosão eletroquímica:

• ddp • eletrólito • conexão elétrica


Passivação:

Mesmo existindo:

Aço Passivo

+Não existe corrosão

46

Taxas de Corrosão de umMetal Passivável

Taxas de Corrosão de um Metal Não Passivável

A película passivante de óxido pode ser removida em certas condições químicas.

Ex.: íons cloreto dissolvem a película passivante no aço

(G. S. Pimenta, 2006) (G. S. Pimenta, 2006)


Passivação:

47

Passivação:Uma fina camada de óxido que atua como barreira contra

a continuação da corrosão.

Exemplos:•Aço inoxidável;

Barreira de óxido recristalizado em aço patinável

•Aço patinável;•Ligas de alumínio.


48

Passivação: Aço Patinável – adição de 0,2 a 0,5% de Cobre

Edifício Kaze (São Paulo-SP)

www.vitruvius.com.br




9

49

Passivação: Aço Patinável – adição de 0,2 a 0,5% de Cobre

Ponte Pedro Ivo Campos – Florianópolis SC

wikipedia

Ponte Colombo Salles

Ponte Pedro Ivo Campos


50

Passivação:

Resistência à corrosão de um aço patinável (ASTM A242) e de um aço carbono comum (ASTM A36) . A medida é feita em termos da perda de massa metálica em função do tempo de exposição em meses.

(Pannoni, F. D.)


51

Principais Meios Corrosivos:

Atmosfera:Ar contém umidade, sais em suspensão, poeira, poluição

gases industriais (Cl-, CO2, SO2, H2S, NO2)...

Corrosão atmosférica em

pé de pilar

São responsáveis pelo aparecimento do eletrólito e dos agentes corrosivos.

ABRACO


52


Atmosfera:Ar contém umidade, sais em suspensão, poeira, poluição

gases industriais (Cl-, CO2, SO2, H2S, NO2)...

Ambiente UrbanoAtaque por CO2

Ambiente MarítimoAtaque por Cl-

53

Solos:Contêm umidade, acidez, sais minerais e bactérias.

Corrosão localizada causada

pelo solo

Águas naturais (rios, lagos e do subsolo):Podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases

dissolvidos.

ABRACO



54

Água do mar:

Contêm quantidade apreciável de sais. (Cloretos, sulfatos, bicarbonatos...)

Água do mar: Eletrólito por excelência.

Corrosão de pilares de aço em água

marinha

(Gentil, 1996)





10

55

Produtos químicos:

(Gentil, 1996)



Ambientes industriais:

Corrosão por pite em alumínio e ferro

O cloro é utilizado como agente de branqueamento de celulosena indústria de papel.

Estações de Tratamento de água

56

Produtos químicos:

(Gentil, 1996)



Ambientes industriais:

Meio altamente corrosivo para os metais

Materiais ácidos (como ácido sulfúrico) estão presentes nos processos de produção da indústriade fertilizantes.

57

Atmosfera:

Principais Meios Corrosivos e EletrólitosSão responsáveis pelo aparecimento do eletrólito e dos

agentes corrosivos.

Presença de água (eletrólito) e ar (oxigênio) em contato com o aço (Fe), já é o

suficiente para a formação da célula de corrosão.


58

Velocidade de corrosão:

Taxa de corrosão:

Depende de:

• Diferença de potencial entre áreas anódicas e catódicas;

• Resistência de contato das áreas anódicas e catódicas.

A ddp pode ser influenciada por:

• Resistividade do eletrólito;

• Superfície de contato das áreas anódicas e catódicas;

• Fenômenos de polarização e passivação.


tÁrea

desgastadaMassacorrosãodeTaxa

1•=

59

OUTROS FATORES:

Aeração do meio corrosivo: velocidade de corrosãoaumenta com o acréscimo da taxa de oxigênio dissolvido.

pH de eletrólito: taxas de corrosão aumentam com adiminuição do pH.




60

OUTROS FATORES:

Temperatura: aumento acelera as reações químicas.

Efeito da velocidade: velocidade de fluxo do eletrólito.Sob movimento turbulento tem-se > ação erosiva.

Efeito da velocidade relativa do metal / eletrólito na corrosão do aço em

água do mar






11

61

Formas físicas que a corrosão se apresenta:

(F. D. Pannoni)


62


(F. D. Pannoni)


63

Corrosão uniforme:


(F. D. Pannoni)

Cátodos e ânodos são distribuídos aleatoriamente

por toda a superfície metálica e conectados

eletricamente pelo substrato de aço. Íons ferrosos e hidroxilas são formadas através de reações eletroquímicas, e se

difundem superficialmente.

Conforme as áreas anódicas corroem, um novo material, de diferente composição (a ferrugem) vai sendo exposta. Este novo material causa alterações dos potenciais elétricos entre as áreas anódicas e catódicas,

causando sua mudança de local.

Com o tempo, as áreas catódicas de tornam anódicas, e toda a superfície

acaba se corroendo de modo uniforme.

1 2 3


64

Corrosão uniforme:Aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada. Comum em metais que não formam películas protetoras.

A perda de massa e modo de ataque sobre o material dá-se de formas diferentes.


www.portaldagalvanizacao.com.br


65

Corrosão uniforme

Corrosão atmosférica


(F. D. Pannoni)


66

Corrosão uniforme

Corrosão uniforme em tubo enterrado


ABRACO




12

67

• Corrosão em frestas:


Interior da fresta acumula eletrólito (água), tem menos oxigênio (área anódica) que na parte externa (área catódica).

Corrosão no interior da fresta.


68

• Corrosão por placas:• Produtos de corrosão formam placas que se desprendem

progressivamente. Metais c/ produtos da corrosão (expansivos).

Pilar cujo concreto foi exposto ao cloro da água

marinha


(José Freitas Jr.)www.portaldagalvanizacao.com.br


(Marcelo Medeiros)

69

• Corrosão por placas:

Armaduras de concreto armado


FOSROC(Moacir H. Inoue)


70

• Corrosão alveolar:• Desgaste localizado, com o aspecto de crateras.


ABRACO


71

• Corrosão alveolar:• Muito localizada

Profundidade < diâmetroFundo arredondado



72

• Corrosão alveolar:


Desgaste localizado em regiões onde a película protetora (pintura, cromagem, pátina, ...) encontra-se

com falhas

ABRACO

www.sikkens.com




13

73

• Corrosão por pite:• Muito localizada e de alta intensidade.

• Profundidade > diâmetro.


(Tebecherani; C. T)


• Comum em aços inoxidáveis

74

• Corrosão por pite:

Corrosão por pite em aço inox


ABRACO


75

• Corrosão intergranular ou intercristalina:



Comum em aços

inoxidáveis.

Ataque no contorno dos grãos.

(Tebecherani; C. T) 76


Corrosão intergranular (sensitização) em bloco fundido de aço inox


ABRACO

ABRACO


77

•Corrosão intergranular ou intercristalina:

Fissura devido a corrosão intergranular por stress em um tubo trocador de calor de liga INCONEL (liga de Ni-Cr para altas temperaturas). Mag: 500X


met-tech.com


78


Corrosão intergranular, de dentro para fora, em folhas de alumínio de isolamento térmico





14

79

• Corrosão transgranular ou transcristalina:• Forma trincas que se propagam pelo interior dos grãos do

material.


(Tebecherani; C. T)


Corrosão sob-tensão em aço inoxidável

ABRACO

80



Tanto a corrosão intergranular como a transgranular levam a ruptura de corrosão

sob tensão

81

• Corrosão sob tensão

Corrosão sob tensão em aço inoxidável

Cordoalhas de concreto protendido

(Gentil, 2003)


RIMT®

(Gentil, 1996)


82

(Gentil, 2003)


(Costa, E. M

.)


• Corrosão sob tensão

83

Corrosão associada ao fluxo de materiais

CORROSÃO-EROSÃOErosão é o desgaste mecânico provocado pela abrasão superficial de uma substância sólida, líquida ou gasosa.

• Fluxo de material sólido• Fluxo de líquido contendo partículas sólidas• Fluxo de gás contendo partículas líquidas ou sólidas

Remove as películas protetoras constituídas de produtos de corrosão.

84

CORROSÃO-EROSÃO

Meio líquido

Metal




15

85

CORROSÃO-EROSÃO

Erosão de rotor de bronze de bomba


86

CAVITAÇÃODesgaste devido a ondas de choque do líquido, oriundas

do colapso de bolhas gasosas.

Cavitação em bomba

centrífuga

(Gentil,1996)


87

É o nome que se dá ao fenômeno de vaporização

de um líquido pela redução da pressão, durante seu

movimento.

CAVITAÇÃO


88

- Para todo fluido no estado líquido pode ser

estabelecida uma curva que relaciona a pressão à

temperatura em que ocorre a sua vaporização.

Por exemplo: na pressão atmosférica a temperatura

de vaporização da água é de cerca de 100°C.

- Contudo, a uma pressão menor, a temperatura de

vaporização também se reduz.

CAVITAÇÃO


89

Teorema de Bernoulli:

Um fluido escoando, ao ser acelerado, tem uma

redução da pressão, para que a sua energia

mecânica se mantenha constante.

CAVITAÇÃO


90

Então ocorrerá a "implosão“dessas bolhas.

CAVITAÇÃO




16

91


CAVITAÇÃO

92

CORROSÃO DAS ARMADURAS DE CONCRETO

93

Corrosão das armaduras de concreto

A corrosão de armaduras pode ser classificada em:

• Corrosão generalizada;• Corrosão por pite (ou puntiforme);• Corrosão sob tensão fraturante:

�Ocorre eminentemente em estruturas protendidas;� Podem ocorrer em estruturas de concreto armado;� Sua ocorrência é grande em ambientes ricos emcloretos e com níveis elevados de tensão.

94

Concreto novo é um meio bastante alcalino (pH=12,6)

As armaduras estão passivas à corrosão.

Com o tempo pode ocorrer a perda de passivação das armaduras por:

• Carbonatação do concreto

• Presença de íons cloreto


95

DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO

Carbonatação

Nas superfícies expostas a alta alcalinidade devido aoCa(OH)2 liberado na hidratação, este composto podeser reduzido pela ação do CO2.

Este processo é chamado carbonatação e geralmente écondição essencial para o início da corrosão dasarmaduras.


96


Carbonatação

Felizmente, o processo de carbonatação é lento,

atenuando-se com o tempo devido aos produtos de

hidratação e pelos próprios produtos da carbonatação

(CaCO3), que colmatam os poros superficiais,

dificultando a entrada de CO2 do ar.




17

97

Em concretos novos, ambiente alcalino pH=12,6; sem a presença de cloreto o aço está PASSIVO ao fenômeno.CARBONATAÇÃO – reduz o pH e despassiva o aço.

Carbonatação:Ca(OH)

2+ CO

2→ CaCO

3+ H

2O


(J.S. Coutinho)


98

Diagrama de Pourbaix Fe-água

(sem cloreto)


Limite de pH p/ haver corrosão


99

Cloretos promovem a despassivação precoce do aço,mesmo em ambientes alcalinos.Teor crítico 0,3% m.c. (CYTED, 1997)

Origem dos cloretos:• Difusão de íons a partir do exterior (atm. marinha)• Aditivos aceleradores de pega (CaCl2)• Areia ou água contaminada por sal (NaCl)• Tratamentos de limpeza com ácido muriático (HCl)• Sal (NaCl) como agente anticongelante• Também através de salmoras industriais e maresias.

DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS


100


Diagrama de Pourbaix Fe-água com Cl

Corrosão acontece sob qualquer pH


101

Areia marinha contaminada com cloro


(MANUAL CYTED)


102

Barra de aço revestida com tinta epóxi corroída devido a penetração de cloro no concreto. Qualquer dano na pintura, ocorrido durante o processo da montagem permite o contato do cloro com o aço.


www.rustfreetrucks.com




18

103


Ação dos Cloretos (Cl-):

www.cp-tech.co.uk

Os íons cloretos eram introduzidosintencionalmente nas estruturas deconcreto como agente aceleradorde pega e endurecedor.

Aparecem também através deagregado ou águacontaminados.

Em climas frios, podem vir atravésdos sais anticongelantes.

Também através de salmourasindustriais e maresias.


104


Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl-):

• Absorção capilar;

• Difusão iônica;

• Permeabilidade;

• Migração iônica.



105



Absorção capilar

A absorção capilar é a primeira porta de entrada dosíons cloreto, provenientes, por exemplo, de névoamarítima.

Depende da porosidade, viscosidade e tensão superficialdo líquido.



106



Difusão iônica

A absorção capilar ocorre na superfície do concreto, sendoque a difusão iônica é o principal mecanismo de transporte nointerior da estrutura, em meio aquoso.


Permeabilidade

Representa a facilidade de penetração por uma pressão.


107


Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl-):

Migração iônica

Os íons cloretos por serem cargas negativas, promovemmigração iônica, o qual pode se dar pelo próprio campogerado pela corrente elétrica do processo eletroquímico,como por ação de campos elétricos externos.



108


Penetração de Cloretos

Medeiros (2008)



19

109


O ânodo formado atrai Íons de cloro, de carga negativa, continuamente para o mesmo ponto causando uma corrosão localizada e profunda (pite).

Cl-

FeCl2

Fe(OH)2

Cl-

Cl-Cl-

Cl- Cl-


110

Corrosão por pites(alta concentração

de cloro)

(Paulo Barbosa, PhDesign,2006)



111


Corrosão por pites(alta concentração de cloro)


MEDEIROS, M. ; GROCHOSKI, M (2007) 112

Corrosão por pites:Barra corroída de um pavimento de concreto armado exposto

ao uso de sal como anti-congelante.


www.efcweb.org


113

(Adaptação de P.Helene, 1986)


114

Corrosão do aço carbono – REAÇÃO EXPANSIVA

Ferro, produtos da corrosão e seus volumes relativos:

(Cascudo, 1997)




20

115

Progressão da deterioração da estrutura devido à corrosão das armaduras

Corrosão do aço carbono – REAÇÃO EXPANSIVA

(P.Helene, 1986)


116

• Cobrimento–Maior tempo p/ camada carbonatada chegar ao aço

• Concreto menos permeável–Menor relação a/c e maior fck

• Cuidados com formas arquitetônicas e drenagem

• Proteção da superfície do concreto - revestimentos

•Armaduras especialmente passivas:–Aços revestidos (epoxi, galvanização)

–Aços inoxidáveis

–Armaduras de fibras (carbono, vidro, kevlar)

Prevenção da corrosão das armaduras de CA:

Cuidados:

117

• Cuidados no uso de aditivos que contenham em suafórmula o cloreto de cálcio;

• Espessura de cobrimento das armaduras adequado aagressividade do meio;

• Cuidados especiais se o concreto estiver sujeito àcorrentes elétricas;

• Utilizar dosagem adequada, com o mínimo de água para ahidratação.

Cuidados:


118

Cobrimento - Maior tempo p/ camada carbonatada chegar ao aço

(P.Helene, 1986 de Soretz, 1967)

Profundidade de carbonatação com o tempo e fator a/c


119

Concreto menos permeável - Menor relação a/c e maior fck

Influência do fator a/c na profundidade de carbonatação

(P.Helene, 1986 de Soretz, 1967)


120

Avaliação: PROFUNDIDADE DA CARBONATAÇÃO

Fenolftaleina reage com

o hidróxido de cálcio e

fica na cor “vermelho

carmim” indicando pH >

9,5.

Frente de carbonatação

Foto: Marcelo Medeiros




21

121

Macro-clima

Micro-clima

Ambientes internos Ambientes ext. e obras em geral

SecoU.R. ≤ 65%

Úmido ou ciclos de molhamento e secagem

SecoU.R. ≤ 65%

Úmido ou ciclos de molhamento e secagem

Rural I I I II

Urbana I II I II

Marinha II III --- III

Industrial II III II III

Especial II III OU IV III III OU IV

Respingo de maré

--- --- --- IV

Submersa ≥ 3 m

--- --- --- I

Solo --- --- Não agressivo -

I

Úmido e agressivo -II, III ou IV

Fonte: NBR 6118/2003


122

Classe de agressividade

Agressividade Risco de deterioração da

estrutura

I Fraca Insignificante

II Média Pequeno

III Forte Grande

IV Muito forte Elevado


122


123

Cobrimento - Maior tempo p/ camada carbonatada chegar ao aço

Tipo de estrutura

Componente ou elemento

Classe de agressividade ambiental (tabela 1)

I II III IV3)

Cobrimento nominal (mm)

Concreto armado

Laje2) 20 25 35 45

Viga/Pilar 25 30 40 50

Concreto protendido1)

Todos 30 35 45 55

1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao

especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão.2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secostipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisoscerâmicos, pisos asfálticos, e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelo item 7.4.7.5 respeitadoum cobrimento nominal ≥≥≥≥ 15 mm.3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto,canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos a armadura deve ter cobrimentonominal ≥≥≥≥ 45mm.



124

Relações a/a máximas e fck mínimo - NBR 6118 (2003)

a/a = água/aglomerante a/c= água/cimento

Concreto Tipo Classe de agressividade (tabela 1)

I II III IV

Relação água/aglomerante

em massa

CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45

CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45

Classe de concreto

(NBR 8953)

CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40

CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40

NOTAS:CA Componentes e elementos estruturais de concreto armadoCP Componentes e elementos estruturais de concreto protendido

Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto

Concreto menos permeável - Menor relação a/c e maior fck


125

O tipo de cimento influencia a velocidade de carbonatação já que a reserva alcalina é função da composição química do cimento e das adições.

CIMENTO COM ADIÇÕES•CP III•CP IV

CIMENTO SEM ADIÇÕES•CP II F

>

Tipo de cimento influencia a velocidade da carbonatação


126

Marquises em balanço-Lajes s/ vigas !!

-Drenagem / limpeza ?-Impermeabilização ?

- Cobrimento ?

(José A. Freitas Jr.) Marquise desabou na Avenida Churchill 97, RJ. 19/12/2008 O DIAONLINE

FORMAS ARQUITETÔNICAS E DRENAGEM




22

127

Brise unido c/ as armaduras(corrosão galvânica)

(Granato - Basf)

(Granato - Basf)

DETALHES CONSTRUTIVOS


128

Infiltrações nas juntas e apoios de neoprene

Superfícies horizontais acumulam água

(Eng. Moacir. H. Inoue)

(Eng. Moacir. H. Inoue)

DETALHES CONSTRUTIVOS


129

O potencial eletroquímico de corrosão das armaduras imersas noconcreto indica a situação de corrosão ou passividade destas.

Fornece informações qualitativas que devem ser utilizadascomo complemento de outros ensaios.

Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO

Medição do potencial de corrosão de um

concreto.

Fosroc


130

A medida é a determinação da ddp elétrico entre as armaduras eum eletrodo de referência que se coloca em contato com asuperfície do concreto.


Não dá informações sobre oquanto corroeu ou estácorroendo, fornece somente aprobabilidade do processoestar ocorrendo ou não.

(Helene,P.; 1986)


131

Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃOO potencial de corrosão é função de um grande número de variáveis: % umidade e oxigênio no concreto,

Cobrimento, Fissuras e Correntes erráticas.

GEOCISA

GEOCISA


132

As medidas podem ser tomadas isoladamente ou em formasistemática c/ objetivo de obter "mapa de potenciais" da estrutura.

Mapa permite identificar zonas possivelmente corroídas de zonasnão corroídas ou passivadas.


GEOCISA




23

133

A resistividade elétrica do concreto (condutividade iônica doeletrólito) é um parâmetro que em conjunto com a disponibilidadede oxigênio, controla a velocidade de corrosão do aço.

Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA

Existem dois métodos:

a) Método dos “Quatro Eletrodos” ou método de Wenner

b) Método da ABNT que emprega três eletrodos

A resistividade dependefundamentalmente da umidadecontida nos poros do concreto.

Fosroc


134

Uma corrente elétrica é aplicada entre os eletrodos externos. Adiferença de potencial gerada entre os eletrodos internos propiciaa medida da resistividade.


ρ= 2 . Π . a . V / ICRITÉRIOS CEB 192

(Helene,P.; 1986)


135

Medidas sistemáticas permitem montar o "mapa de resistividade“.

Este mapa indica as probabilidades de corrosão nos

diversos locais da peça estrutural.


GEOCISA


136

(Rp) representa a inércia do sistema em desenvolver processoeletroquímico de corrosão.

Aço passivado apresenta Rp muito maior que aço sofrendocorrosão.

A técnica é a aplicação de um pequeno sinal à armadura emanálise e, que exerce uma pequena polarização no aço, em tornodo potencial livre que ele se encontra.

Caso esteja ocorrendo a corrosão, seu potencial livre é o própriopotencial de corrosão.

Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO


137

P/ obtenção da Rp emprega-se um potensiostato.

Interliga-se eletrodo de referência às armaduras e um contra-eletrodo. Fecha o circuito permitindo a circulação de corrente.

GECOR 6 – GEOCISA


GEOCISA


138

GECOR6


GEOCISA




24

139

Corrosão sob-tensão

“Processo destrutivo de um metal ou liga metálica resultanteda ação simultânea de um meio agressivo (específico paracada metal) e de tensões de tração estáticas residuais ouaplicadas sobre o metal ou liga”. (Wolynec, 1979)

Corrosão das armaduras de concreto protendido

Características:

Nem todos os metais ou ligas são suscetíveis (Ex. açocarbono não submetido ao processo de trefilação).

Manifesta-se na forma transgranular ou transcristalina.

A fratura não apresenta estricção (fragilidade alta).

140

Características:

Produtos formados durante o processo corrosivonormalmente são invisíveis.

É possível ter peças trincadas ou rompidas por corrosãosob-tensão sem que a superfície denote evidência deprocesso corrosivo generalizado.

A corrosão sob-tensão somente ocorre quando ambas atensão de serviço do metal e a concentração do agenteagressivo ultrapassam certos valores críticos (somenteocorre em condições altamente específicas).


141

Corrosão sob-tensão se manifesta em fios e cordoalhas deconcreto protendido.

•Ocorre a formação de trincas no interior dos grãos querapidamente reduzem a seção da peça de aço.

Cordoalhas Ponte Rio-NiteroiCorrosão encontrada por RIMT

(C. T. Tebecherani)


142

•CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina•Corrosão sob-tensão

11/1971, Rio de Janeiro, 122 m doElevado Paulo de Frontin, emconstrução, desabaram. Tragédiacausou a morte de 28 e deixou 30feridas, destruindo 17 carros, trêstáxis, um caminhão e um ônibus.Desmoronamento aconteceu nahora em que um caminhão,carregado de concreto, passavasobre o trecho.

Elevado Av. Paulo de Frontin


143


Conclusões preliminares: Corrosão das cordoalhas de protensão, janela

de inspeção mantida aberta.

Elevado Av. Paulo de Frontin

(O Globo)

(Jornal do Brasil)


144


Em 3/6/97, São Paulo, 29 anos de idade,26 cabos de protensão rompidosTecnologia do CP da época é uma dascausas da baixa durabilidade. Aço nãoera aliviado de tensões, sujeitorelaxamento muito maior que o previsto.Bainhas não garantiam a vedação naconcretagem, criavam atritos quereduziam sensivelmente a eficiência daprotensão. Injeções de nata de cimento,c/ bombas manuais, não garantiam nema aderência da armadura, nem aproteção contra stress corrosion.

Ponte dos Remédios

www.tecpont.com.br




25

145

Vistoria quanto aos indícios de corrosão em cabos de C.P.

O total preenchimento das bainhas p/ calda deve ser averiguado.

Detectar corrosão em armaduras de C.A. é mais simples -aumento do volume do aço, e a expansão da superfície derecobrimento.

É fundamental confirmar o envolvimento pela calda de cimentodos cabos assim como o preenchimento pleno das bainhas.

R.I.M.T. - "Reflectometric Impulse Measurement Technique” verificao grau de corrosão das armaduras e os vazios das bainhas.

Avaliação: AUSCULTAÇÃO DE CABOS PROTENDIDOS


146

O R.I.M.T. se baseia na transmissão e captura de ondaseletromagnéticas de curtíssima duração, mediante o impulsoenviado ao longo do cabo protendido pelo equipamento.

Avaliação: AUSCULTAÇÃO DE CABOS PROTENDIDOS

(Siqueira, Carlos H.,2003)(Siqueira, Carlos H.,2003)


147

Referências

• www.abraco.org.br/corros20.htm - G. S. Pimenta – ABRACO,2006.

• Panonni, F. D.; Fundamentos da corrosão

• AÇOMINAS Perfis, 2002.

• Gentil, V.; Corrosão, 4. Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2003.

• Mehta, P. K.; Monteiro, P. J. M. CONCRETO: Microestrutura,Propriedades e Materiais. 3.Ed. Ibracon, 2008.

• www.metalica.com.br

• www.cbca-ibs.org.br/biblioteca_apostilas.asp

• http://www.corrosion-doctors.org

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Grupo de Materiais de Construção Departamento de … · 2013-08-05 · Grupo de Materiais de Construção Disciplina: Materiais I Turma: ... Fe + ½ O 2 FeO T= 1000 °C 3Fe + 2O