Grupo de Materiais de ConstruçãoDepartamento de Construção CivilUniversidade Federal do Paraná
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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:
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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:
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5( Pannoni, F. D.)
CICLO DO
FERRO
Introdução:
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Corrosão afeta diversos setores:
• Indústrias - química, petroquímica, etc.
• Meios de transporte - aviões, automóveis, navios, etc.
• Medicina – implantes
• Monumentos
• Construção civil
Introdução:
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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
(48%)165,2 Bilhões de Euros
(100%)
Alemanhã99,7 Bilhões de Euros
(50%)99,0 Bilhões de Euros
(50%)198,7 Bilhões de Euros
(100%)
Itália58,6 Bilhões de Euros
(43%)76,8 Bilhões de Euros
(57%)135,4 Bilhões de Euros
(100%)
Reino Unido
60,7 Bilhões de Pounds(50%)
61,2 Bilhões de Pounds(50%)
121,9 Bilhões de Pounds(100%)
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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.
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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.
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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)
Conceito de Corrosão:
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Processos corrosivos classificados em dois grupos:
• Corrosão Química
• Corrosão Eletroquímica
Conceito de Corrosão:
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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.
Conceito de Corrosão:
Corrosão química:
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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
Conceito de Corrosão:
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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
Conceito de Corrosão:
Carepa de laminação: produto aderente e resistente (óxido de ferro)
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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
Conceito de Corrosão:
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Corrosão eletroquímica:
Conceito de Corrosão:
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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
Corrosão eletroquímica:
Conceito de Corrosão:
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� 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
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Corrosão eletroquímica:
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� 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
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Corrosão eletroquímica:
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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
Corrosão eletroquímica:
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Fe Cu
Caso 1
Corrosão eletroquímica:
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Fe Cu
Caso 2Material de aula do Prof. Dr. Marcelo MedeirosMaterial de aula do Prof. Dr. Marcelo Medeiros
Corrosão eletroquímica:
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iFe Cu
Caso 3
e-
cátodo
Fe+2
ânodo
Fe+3
Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica
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Corrosão eletroquímica:
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iZn Fe
Caso 4
e-
cátodo
Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica
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Corrosão eletroquímica:
ânodo
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Mg
Tubulação de aço carbono
Corrosão eletroquímica:
Solo
Nível do terreno
Exemplo de aplicação:Proteção catódica de tubos de aço enterrados
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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
Corrosão eletroquímica:
27Tubulação em aço galvanizado unida com tubulação de cobre.
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
www.forumdaconstrucao.com.br
Corrosão eletroquímica:
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Gradil unido por solda às armaduras de aços diferentes. Aço carbono comum com aços para
concreto armado.
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
(Martin McGovern- CONCRETE TECNOLOGY TODAY)
Aço = liga metálica formada por ferro e carbono, (%C entre 0,008 e 2,11% ).
Corrosão eletroquímica:
29
Brise unido por solda às armaduras (aços diferentes)
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
(Granato - Basf)
(Granato - Basf)
Corrosão eletroquímica:
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Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
Telhas galvanizadas ou de alumínio em contato com a estrutura de ferro.
Isolamento do contato
Corrosão eletroquímica:
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Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
Detalhe de fixação de tubo de cobre com alça de aço galvanizado com afastador de PVC p/ evitar a corrosão galvânica.
(José Freitas Jr.)
Corrosão eletroquímica:
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)
Corrosão eletroquímica:
Metais diferentes:
Exemplo: Corrosão Galvânica
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Condições termodinâmicas para que hajacorrosão eletroquímica:
• ddp • eletrólito • conexão elétrica
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Corrosão eletroquímica:
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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.
Conceito de Corrosão:
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Causas para a diferença de potencial:
• Metais diferentes → Corrosão galvânica
Corrosão eletroquímica:
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.
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
Fe
Caso 5
Fe
ânodo Cátodo
O2
O2
O2
O2
O2
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• 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)
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
38
• Em metais iguais
Concentração
iônica diferencial
Quando um metal é exposto a concentrações diferentes de seus próprios íons.
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
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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
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• 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
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
40
• Em metais iguais
Energia diferencialCorrentes externas ou situações diversas que levam a
deformações no reticulado cristalino do metal, causam diferença de potencial.
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
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
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
42
• Em metais iguais Energia diferencial
Região curvada do tubo tem seu
reticulado cristalino deformado. Esta área torna-se o ânodo.
Corrosão sob tensão em aço inoxidável
(Gentil, 1996)
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
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43
Estados diferentes de tensões
Extremidades das vigas sob maior tensão levou a corrosões localizadas.
(Gentil, 1996)
• Em metais iguais Energia diferencial
Causas para a diferença de potencial:
Corrosão eletroquímica:
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.
Corrosão eletroquímica:
45
Condições termodinâmicas para que hajacorrosão eletroquímica:
• ddp • eletrólito • conexão elétrica
Corrosão eletroquímica:
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)
Corrosão eletroquímica:
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.
Corrosão eletroquímica:
48
Passivação: Aço Patinável – adição de 0,2 a 0,5% de Cobre
Edifício Kaze (São Paulo-SP)
www.vitruvius.com.br
Corrosão eletroquímica:
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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
Corrosão eletroquímica:
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.)
Corrosão eletroquímica:
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
Corrosão eletroquímica:
52
Corrosão eletroquímica:
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
Principais Meios Corrosivos:
Corrosão eletroquímica:
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)
Principais Meios Corrosivos:
Corrosão eletroquímica:
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Produtos químicos:
(Gentil, 1996)
Principais Meios Corrosivos:
Corrosão eletroquímica:
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)
Principais Meios Corrosivos:
Corrosão eletroquímica:
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.
Corrosão eletroquímica:
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.
Corrosão eletroquímica:
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.
(G. S. Pimenta, 2006)
Velocidade de corrosão:
Corrosão eletroquímica:
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
(G. S. Pimenta, 2006)
Velocidade de corrosão:
Corrosão eletroquímica:
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Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(F. D. Pannoni)
Corrosão eletroquímica:
62
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(F. D. Pannoni)
Corrosão eletroquímica:
63
Corrosão uniforme:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(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
Corrosão eletroquímica:
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.
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
www.portaldagalvanizacao.com.br
Corrosão eletroquímica:
65
Corrosão uniforme
Corrosão atmosférica
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(F. D. Pannoni)
Corrosão eletroquímica:
66
Corrosão uniforme
Corrosão uniforme em tubo enterrado
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
ABRACO
Corrosão eletroquímica:
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• Corrosão em frestas:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Interior da fresta acumula eletrólito (água), tem menos oxigênio (área anódica) que na parte externa (área catódica).
Corrosão no interior da fresta.
Corrosão eletroquímica:
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
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(José Freitas Jr.)www.portaldagalvanizacao.com.br
Corrosão eletroquímica:
(Marcelo Medeiros)
69
• Corrosão por placas:
Armaduras de concreto armado
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
FOSROC(Moacir H. Inoue)
Corrosão eletroquímica:
70
• Corrosão alveolar:• Desgaste localizado, com o aspecto de crateras.
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
ABRACO
Corrosão eletroquímica:
71
• Corrosão alveolar:• Muito localizada
Profundidade < diâmetroFundo arredondado
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão eletroquímica:
72
• Corrosão alveolar:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Desgaste localizado em regiões onde a película protetora (pintura, cromagem, pátina, ...) encontra-se
com falhas
ABRACO
www.sikkens.com
Corrosão eletroquímica:
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73
• Corrosão por pite:• Muito localizada e de alta intensidade.
• Profundidade > diâmetro.
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(Tebecherani; C. T)
Corrosão eletroquímica:
• Comum em aços inoxidáveis
74
• Corrosão por pite:
Corrosão por pite em aço inox
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
ABRACO
Corrosão eletroquímica:
75
• Corrosão intergranular ou intercristalina:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão eletroquímica:
Comum em aços
inoxidáveis.
Ataque no contorno dos grãos.
(Tebecherani; C. T) 76
• Corrosão intergranular ou intercristalina:
Corrosão intergranular (sensitização) em bloco fundido de aço inox
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
ABRACO
ABRACO
Corrosão eletroquímica:
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
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
met-tech.com
Corrosão eletroquímica:
78
• Corrosão intergranular ou intercristalina:
Corrosão intergranular, de dentro para fora, em folhas de alumínio de isolamento térmico
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão eletroquímica:
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• Corrosão transgranular ou transcristalina:• Forma trincas que se propagam pelo interior dos grãos do
material.
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(Tebecherani; C. T)
Corrosão eletroquímica:
Corrosão sob-tensão em aço inoxidável
ABRACO
80
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão eletroquímica:
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)
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
RIMT®
(Gentil, 1996)
Corrosão eletroquímica:
82
(Gentil, 2003)
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
(Costa, E. M
.)
Corrosão eletroquímica:
• 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
Corrosão associada ao fluxo de materiais
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85
CORROSÃO-EROSÃO
Erosão de rotor de bronze de bomba
Corrosão associada ao fluxo de materiais
86
CAVITAÇÃODesgaste devido a ondas de choque do líquido, oriundas
do colapso de bolhas gasosas.
Cavitação em bomba
centrífuga
(Gentil,1996)
Corrosão associada ao fluxo de materiais
87
É o nome que se dá ao fenômeno de vaporização
de um líquido pela redução da pressão, durante seu
movimento.
CAVITAÇÃO
Corrosão associada ao fluxo de materiais
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
Corrosão associada ao fluxo de materiais
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
Corrosão associada ao fluxo de materiais
90
Então ocorrerá a "implosão“dessas bolhas.
CAVITAÇÃO
Corrosão associada ao fluxo de materiais
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16
91
Corrosão associada ao fluxo de materiais
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
Corrosão das armaduras de concreto
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.
Corrosão das armaduras de concreto
96
DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
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.
Corrosão das armaduras de concreto
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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
DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
(J.S. Coutinho)
Corrosão das armaduras de concreto
98
Diagrama de Pourbaix Fe-água
(sem cloreto)
DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
Limite de pH p/ haver corrosão
Corrosão das armaduras de concreto
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
Corrosão das armaduras de concreto
100
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Diagrama de Pourbaix Fe-água com Cl
Corrosão acontece sob qualquer pH
Corrosão das armaduras de concreto
101
Areia marinha contaminada com cloro
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
(MANUAL CYTED)
Corrosão das armaduras de concreto
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.
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
www.rustfreetrucks.com
Corrosão das armaduras de concreto
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103
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
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.
Corrosão das armaduras de concreto
104
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl-):
• Absorção capilar;
• Difusão iônica;
• Permeabilidade;
• Migração iônica.
Ação dos Cloretos (Cl-):
Corrosão das armaduras de concreto
105
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl-):
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.
Ação dos Cloretos (Cl-):
Corrosão das armaduras de concreto
106
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl-):
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.
Ação dos Cloretos (Cl-):
Permeabilidade
Representa a facilidade de penetração por uma pressão.
Corrosão das armaduras de concreto
107
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
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.
Ação dos Cloretos (Cl-):
Corrosão das armaduras de concreto
108
Corrosão das armaduras de concreto
Penetração de Cloretos
Medeiros (2008)
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109
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
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-
Corrosão das armaduras de concreto
110
Corrosão por pites(alta concentração
de cloro)
(Paulo Barbosa, PhDesign,2006)
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Corrosão das armaduras de concreto
111
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Corrosão por pites(alta concentração de cloro)
Corrosão das armaduras de concreto
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.
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
www.efcweb.org
Corrosão das armaduras de concreto
113
(Adaptação de P.Helene, 1986)
Corrosão das armaduras de concreto
114
Corrosão do aço carbono – REAÇÃO EXPANSIVA
Ferro, produtos da corrosão e seus volumes relativos:
(Cascudo, 1997)
Corrosão das armaduras de concreto
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115
Progressão da deterioração da estrutura devido à corrosão das armaduras
Corrosão do aço carbono – REAÇÃO EXPANSIVA
(P.Helene, 1986)
Corrosão das armaduras de concreto
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:
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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)
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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
Corrosão das armaduras de concreto
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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
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
122
Classe de agressividade
Agressividade Risco de deterioração da
estrutura
I Fraca Insignificante
II Média Pequeno
III Forte Grande
IV Muito forte Elevado
Fonte: NBR 6118/2003
122
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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.
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
Fonte: NBR 6118/2003
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
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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127
Brise unido c/ as armaduras(corrosão galvânica)
(Granato - Basf)
(Granato - Basf)
DETALHES CONSTRUTIVOS
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
128
Infiltrações nas juntas e apoios de neoprene
Superfícies horizontais acumulam água
(Eng. Moacir. H. Inoue)
(Eng. Moacir. H. Inoue)
DETALHES CONSTRUTIVOS
Prevenção da corrosão das armaduras de CA:
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
Corrosão das armaduras de concreto
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.
Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO
Não dá informações sobre oquanto corroeu ou estácorroendo, fornece somente aprobabilidade do processoestar ocorrendo ou não.
(Helene,P.; 1986)
Corrosão das armaduras de concreto
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
Corrosão das armaduras de concreto
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.
Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO
GEOCISA
Corrosão das armaduras de concreto
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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
Corrosão das armaduras de concreto
134
Uma corrente elétrica é aplicada entre os eletrodos externos. Adiferença de potencial gerada entre os eletrodos internos propiciaa medida da resistividade.
Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA
ρ= 2 . Π . a . V / ICRITÉRIOS CEB 192
(Helene,P.; 1986)
Corrosão das armaduras de concreto
135
Medidas sistemáticas permitem montar o "mapa de resistividade“.
Este mapa indica as probabilidades de corrosão nos
diversos locais da peça estrutural.
Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA
GEOCISA
Corrosão das armaduras de concreto
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
Corrosão das armaduras de concreto
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
Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO
GEOCISA
Corrosão das armaduras de concreto
138
GECOR6
Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO
GEOCISA
Corrosão das armaduras de concreto
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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).
Corrosão das armaduras de concreto protendido
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)
Corrosão das armaduras de concreto protendido
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
Corrosão das armaduras de concreto protendido
143
•CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina•Corrosão sob-tensão
Conclusões preliminares: Corrosão das cordoalhas de protensão, janela
de inspeção mantida aberta.
Elevado Av. Paulo de Frontin
(O Globo)
(Jornal do Brasil)
Corrosão das armaduras de concreto protendido
144
•CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina•Corrosão sob-tensão
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
Corrosão das armaduras de concreto protendido
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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
Corrosão das armaduras de concreto protendido
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)
Corrosão das armaduras de concreto protendido
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