Proteção de Estruturas Metálicas

Protecção de estruturas metálicas

Elsa Vaz Pereira

Protecção de estruturas metálicas 2

Degradação de estruturas metálicas

O aço não protegido quando em contacto com a atmosfera, a água e o solo está sujeito a corrosão, pelo que as estruturas de aço são normalmente protegidas


Protecção da corrosão

EUROCÓDIGO 3 Design of steel structures (EN 1993-1-1)

EN 1090-1:2009 Execution of steel structures andaluminium structures:

>Part 1: Requirements for conformity assessment ofstructural components

>Part 2: Technical requirements for steel structures

>Part 3: Technical requirements for aluminium structures


Protecção da corrosão

EN 1090-2:2008 Execution of steel structures and aluminium structures

Part 2: Technical requirements for steel structures

Ponto 10 e Anexo K (normativo) - Protecção da corrosão

� Revestimentos de Zn (galvanização por imersão a quente)o EN ISO 14713 – Guidelines and recommendations for the protection

against corrosion of iron and steel in structures – Zinc coating

� Revestimentos por projecção térmicao EN 14616:2004 Thermal spraying - Recommendations for thermal

spraying

� Revestimentos por pinturao EN ISO 12944 - Tintas e vernizes. Protecção anticorrosiva de estruturas

de aço.


Protecção da corrosão> Isolando o metal do meio envolvente:

� revestimentos metálicos� revestimento por pintura

> Concepção da estrutura:� evitando locais de retenção de água (vértices, juntas) e superfícies horizontais

� prever drenagem e ventilação, etc.

> Actuando sobre o meio envolvente:� abrigos� ventilação e secagem (ambiente interior)

> Actuando sobre o metal:� protecção catódica



>1. Introdução>2. Principais factores de degradação do aço>3. Categorias de corrosividade do ambiente de exposição

>4. Protecção da corrosão � 4.1 Concepção da estrutura� 4.2 Revestimentos metálicos

o 4.2.1. Galvanização por imersão a quente

o 4.2.1. Metalização por projecção térmica

� 4.3 Revestimentos por pintura


Corrosão do açoA corrosão é um processo electroquímico que ocorre por várias fases:

>Ataque inicial do aço em alguns locais denominados ”anódicos” (-) onde o ferro atómico passa à forma iónica (Fe2+).

>Ocorre uma movimentação de e- no interior do metal para locais da superfície denominados “catódicos” (+) onde estes e- se combinam com oxigénio e água para formar iões OH-.

>Estes iões reagem com os iões Fe2+ do ânodo para formar hidróxido de ferro (Fe(OH)2) que se oxida no ar para formar oxido de ferro (Fe2O3) – a vulgar “ferrugem”.


Velocidade de corrosão - Vcorr

Velocidade de corrosão (Vcorr)

Perda de massa do material metálico por unidade de área em função do tempo

g m-2 ano-1 ou µm ano-1


Ambiente de exposição

Dado que os mecanismos de corrosão do aço no ar, em água e no solo são distintos bem como os factores que determinam a Vcorr, é habitual dividir o ambiente de exposição em três categorias principais:

�Exposição atmosférica

�Exposição em águas

�Exposição em solos


Velocidade de corrosão – VcorrExposição atmosférica

A velocidade de corrosão (Vcorr) depende:

>Tempo de humedecimento (τ)� Período durante o qual a superfície metálica está coberta poruma película de electrolito que é capaz de causar corrosãoatmosférica.

� τ = soma das horas durante as quais HR>80% e T>0ºC.o Chuva, condensação, etc. – Vcorr elevadas

o Ambientes secos interiores - Vcorr baixa

>Contaminantes atmosféricos (agentes agressivos)� Iões Cl- - ambiente marítimo�Dióxido de enxofre (SO2) – ambiente industrial.


Categorias de corrosividadeExposição atmosférica

É habitual classificar os vários ambientes de exposição em função do seu grau de corrosividade (ISO 9223 e EN ISO 12944-2)

VcorrCategorias de corrosividadeAço carbono

< 1,3> 1,3 a 25> 25 a 50> 50 a 80> 80 a 200

< 10> 10 a 200> 200 a 400> 400 a 650> 650 a 1500

C1 – Muito baixa C2 – BaixaC3 – Média C4 – AltaC5 – Muito alta

C5-I (industrial)C5-M (marítima)

µm ano-1g m-2 ano-1

µm ano-1

>C5 - > 0,2 mm ano-1

2 mm em 10 anos


Edifícios aquecidos, com atmosferas limpas (escritórios, lojas, escolas, hotéis)

-C1 Muito baixa

Salas de produção com alta humidade e alguma poluição (instalações de processamento de alimentos, lavandarias, fábricas de cervejas e de lacticínios)

Atmosferas urbanas e industriais com poluição moderada de SO2.Áreas costeiras com baixa salinidade

C3 Média

Edifícios não aquecidos onde a condensação pode ocorrer (depósitos, pavilhões desportivos)

Atmosferas com baixo nível de poluição. Principalmente áreas rurais

C2 Baixa

Industrias químicas, piscinas, estaleiros navaisÁreas industriais e áreas costeiras com elevada salinidade

C4 Alta

Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição

Áreas industriais com alta humidade e atmosfera agressiva

C5 Muito alta (industrial)

Exemplos de ambientes típicos em climas temperados (apenas informativo)

Categorias de corrosividadeAço carbono

Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição

Áreas costeiras e “offshore” com alta salinidade

C5 Muito alta (marítima)

InteriorExterior

EN ISO 12944-2

Categorias de corrosividade - ExemplosExposição atmosférica

>C5 (Cx)


Classificação das atmosferassegundo a ISO 9223

MatosinhosC4

Viana do CasteloC3

Macedo de Cavaleiros

C2

Alto RabagãoC2

Maia>C5

Leixões>C5

SeiaC2

LavosC4

Vila Velha de RódãoC2/C3

PegoC2/C3

LumiarC3

LisboaC3

BarreiroC3/C4

Reguengos de Monsaraz

C2

Sines>C5

AlfazinaC3

Aço Categoria de corrosividade

C1 – Muito FracaC2 – FracaC3 – MédiaC4 – ElevadaC5 – Muito elevada

Farol de Alfanzina - Algarve


Velocidade de corrosão – VcorrÁguas e solosA corrosão é normalmente de natureza localizada, as categorias de corrosividade são difíceis de definir.

Vcorr depende entre outros factores:

>Águas: composição (doce, salobra, mar), presença de O2, T, velocidade de escoamento.

>Solos: composição (espécies agressivas, pH, resistividade), presença de O2, água, T.


Velocidade de corrosão – VcorrÁguas e solos

>Norma EN ISO 12944-2 define 3 categorias de corrosividade:

Tanques enterrados, condutas de aço e vigas de açoSoloIm 3

Áreas portuárias com estruturas tais como portas de comportas, diques, quebra-mares, estruturas de plataforma

Água do mar ou salobra

Im 2

Instalações de rio, centrais hidroeléctricasÁgua doceIm 1

Exemplo de ambientes em estruturasAmbienteCategoria


Categorias de corrosividade

>Numa mesma estrutura a velocidade de corrosão do aço pode variar significativamente de local para local devido à criação de zonas micro-climáticas:

� efeitos de condensação de água localizados� orientação dos ventos� etc.

> Existem normalmente vários locais com diferentes velocidades de corrosão.


Sempre que possível evitar a exposição a agentes agressivos

Concepção da estruturaLocalização


Concepção da estruturaEN ISO 12944-3

> Critérios básicos sobre concepção para fins de protecção anticorrosiva:

� Acessibilidade (aplicação, inspecção e manutenção dos esquemas de protecção)

� Tratamento de juntas (selagem com produtos apropriado)� Precauções para prevenir a retenção de sedimentos e água� Arestas (arredondadas)� Soldadura (isentas de imperfeições)� Ligações roscadas (cuidados especiais)� Elementos das caixas e componentes ocos (cuidados especiais)� Entalhes/chanfros (cuidados especiais)� Reforços (concepção adequada)� Prevenção da corrosão galvânica� Manuseamento, transporte e montagem











>1. Introdução>2. Principais factores de degradação do aço>3. Categorias de corrosividade do ambiente de exposição

>4. Protecção da corrosão � 4.1 Concepção da estrutura� 4.2 Revestimentos metálicos

o 4.2.1. Galvanização por imersão a quente

o 4.2.1. Metalização por projecção térmica

� 4.3 Revestimentos por pintura


Revestimentos metálicos

Os revestimentos metálicos mais comuns para protecção anticorrosiva do aço são os revestimentos de timentos de zinco zinco ee ligas Zn-Al.

>Principais processos de aplicação:

� Imersão em banho de zinco fundido - Galvanização por imersão a quente� Projecção de metal fundido - Metalização por projecção térmica

>Embora menos frequente utiliza-se também (peças pequenas):

� Difusão do metal - Sherardização� Deposição electroquímica de zinco - Electrodeposição

De uma maneira geral a protecção conferida pelos revestimentos metálicos depende mais do material metálico seleccionado e da sua espessura do que do tipo de método de aplicação do revestimento.


Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente

> A galvanização consiste na aplicação de um revestimento de zinco sobre a superfície do aço.

> O zinco corroi-se a uma velocidade inferior à do aço pelo que protege o aço actuando como uma barreira protectora.

> Simultaneamente confere protecção catódica ao aço - caso exista um pequeno defeito no revestimento, como o zinco émais anódico do que aço na série galvânica, é ele que se corrói.

Aço

Zn


Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quenteFases:

>Desengorduramento (70-80º)>Limpeza>Remoção de óxidos>Limpeza>Pré-tratamento (60-80ºC)>Banho de galvanização (430-460ºC)>Arrefecimento>Passivação da camada de zinco>Acabamento

Há limitação ao tamanho dos componentes que podem ser galvanizados e às formas de modo a garantir que toda a peça seja protegida (requisitos EN ISO 14713)



> Forma-se um revestimento constituído por várias camadas

> Junto ao substracto de ferro formam-se camadas de ligas de zinco/ferro

> Estas camadas são progressivamente mais ricos em Zn do interior para a superfície



A espessura do revestimento de zinco depende das características do processo de galvanização mas também:

• dimensão e espessura da peça

• preparação da superfície do aço

• composição do aço.

6070

430505

7080

505575

Peças vazadas <6mmPeças vazadas >6mm

35455570

250325395505

45557085

325395505610

Aço <1,5 mmAço >1,5 mm e <3 mmAço >3 mm e <6 mmAço >6mm

µmg/m2µmg/m2

Espessura local (mínima) do

revestimento de zinco

Espessura média(mínima) do

revestimento de zincoEspessura da peça de aço/ mm

Extraído da norma (NP) EN ISO 1461

Para aços com a seguinte composição típica (exemplo): %Si<0,04 e Si+(2,5x%P)<0,09


Podem obter-se espessuras superiores:

• aumentando a rugosidade da superfície aço (projecção de abrasivos)

• utilizando aços reactivos - cujo teor em Si e P faz com que no banho a espessura do revestimento de zinco cresça sempre com o tempo de imersão.(Estes revestimentos poderão ficar com um aspecto baço, escuro e serem frágeis)

Microestrutura do revestimento de

zinco




> 20Very High (VH)

10 a <20High (H)

5 a <10Medium (M)

2 a < 5Low (L)

0 a < 2Very Low (VL)

Tempo (anos)

Classe de durabilidade

48/95

33/67

20/40

C4

Categoria de corrosividadeTempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (anos)

Classe de durabilidade

Espessura mínima (µm)

H8/24VH24/48VHVH95>100200

H6/17VH17/33VHVH67/>100140

M3/10H10/20VHVH40/>10085

>C5C5C3

Durabilidade - Tempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (ISO 14713-1)

> 4 a 8C5

>8 a 25Cx(>C5)

> 2 a 4C4

> 0,7 a 2C3

Perda de espessura(µm ano-1)

ZnCategoria

X µm ano-1

Aço

A Vcorr do zinco na atmosfera éaproximadamente linear com tempo.



1. Dimensão das peças limitada àdimensão do banho

2. Design adequado (Ex.: furação das peças de secção fechada para exaustão dos gases durante a imersão) EN ISO 14713

3. Pode ocorrer distorção de algumas pelas fabricadas

1. Boa aderência (ligas intermetálicas)

2. Uniforme 3. Resistente à abrasão4. Permite obter uma vasta

gama de espessuras5. Versátil (reveste peças de formas

complexas)

LimitaçõesVantagens


Revestimentos metálicosMetalização - Projecção térmica

ChamaArco

• Micro-particulas do metal são projectadas com ar comprimido através de um pistola que contém uma fonte de calor (chama ou arco eléctrico) que funde a matéria prima (em pó ou em fio)

• Os revestimentos podem ser aplicados em fábrica ou em obra e não existe limitação para o tamanho da peça

• A superfície do aço permanece fria não apresentando o inconveniente de provocar dilatações da peça

Arco


Revestimentos metálicosProjecção térmica

• O revestimento pode ser de Zn, Al ou ligas de Zne Al. O Al confere maior resistência à corrosão do revestimento, nomeadamente em ambiente industrial

• Espessuras típicas variam entre 100-200 µm (Al) e 100-150 µm (Zn).

• A aderência ao substracto é essencialmente mecânica (não se forma liga metálica com o aço da base) e o revestimento é poroso.

• O revestimento é aplicado numa superfície limpa mas ligeiramente rugosa.

• Normas aplicáveis:EN ISO 2063, EN ISO 14713 e EN 14616

Mic

roes

trut

ura

do r

eves

timen

to

de z

inco

met

aliz

ado

Aço

Zinco


Revestimentos metálicosProjecção térmica

NR - não recomendado, * aplicação “offshore”

50501001001001005050C1

100150200*250*100200100150C5-M

100150100200100200100NRC4 e C5-I

5010010015010015050100C2 e C3

100150100150150200100200Im3

100NR200*250*150200100NRIm2

PintadoNão pintado

PintadoNão pintado

PintadoNão pintado

PintadoNão pintado

ZnAl15AlMg5AlumínioZinco

Metal (µm)Categoria segundoEN ISO 12944-2

Espessuras mínimas recomendadas - EN ISO 2063

C5 → Vcorr=> 4 a 8 µm ano-1


Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente+Projecção térmica

• Podem ser usados sem protecção adicional

• Frequentemente, sobretudo em ambientes mais corrosivos (orla costeira, zonas industriais muito poluídas) é usual recorrer à sua pintura - Sistemas mistos (duplex)

Sistema misto:

1. Beneficia de um efeito sinérgico entre os dois revestimentos

2. No entanto o período de manutenção de um sistema mistos é frequentemente inferior ao do revestimento de zinco uma vez que a durabilidade da tinta é muitas vezes inferior à do revestimento de Zn

3. Factores a ter em conta (NP EN ISO 12944-5): • Adequada preparação da superfície galvanizada → garantir boa aderência da pintura• Pintura com produtos adequados ao revestimento de zinco

Tmisto > (Tzinco + Ttinta ) T = Tempo de vida

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