Sistemas construtivos e Materiais Inovadores
Como aumentar a vida útil e confiabilidade de estruturas através da Galvanização
A corrosão da armação provoca a redução da seção do açoou até mesmo a sua completa conversão em óxido
A aderência entre a armação e o concreto diminui oudesaparece
O óxido de Ferro tem um efeito expansivo, o que resulta emfissuras no concreto, e finalmente, o seu desprendimento daestrutura
As fissuras podem ser um caminho rápido para a entrada demais elementos agressivos, gerando um ciclo vicioso quecompromete a integridade da estrutura
Desaparecimento da barra estrutural após corrosão
Esquema da corrosão de barra estrutural
a) Antes do início da corrosão
b) Corrosão ativainício das expansões
c) Mais corrosãoFissuras superficiais
e coloração característica
a) b) c) d)
d) Desplacamento e exposição da barra
AÇO
PRODUTOS DA CORROSÃO
CONCRETO MENOS ALCALINO
CONCRETO MAIS ALCALINO
OS PRODUTOS DA CORROSÃO POR SEREM MAIS VOLUMOSOS QUE O AÇO BASE SE EXPANDEM GERANDO TRINCAS E DESPLACAMENTO DO CONCRETO NO CONTORNO DO VERGALHÃO
ATMOSFERA
CONCRETO
A TAXA DE PENETRAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS DEPENDE DA PERMEABILIDADE DO CONCRETO
Cl2 Cl2SO2 CO2H2OH2OH2O CO2
CO2H2OH2S
A corrosão do aço no concreto armado inicia, e se mantém, devido as duas causas principais:
(1) Redução da alcalinidade devido a presença de dióxido de carbono (CO2) atmosférico e/ou outros elementos ácidos;
(2) Ação de íons despassivantes como cloretos (Cl-) na presença de oxigênio.
Mecanismo de Deterioração do Concreto Armado
Cenário brasileiro
As características ambientais, com regiões de categorias C5-M (ambiente
extremamente agressivo) conforme norma ISO 9223.1 e ABNT NBR 14643
favorecem a corrosão de estruturas.
Taxas de corrosão maiores no entorno do mar variando de 3,2 a 153 vezes comparadas às regiões rurais
Extensão costeira7.367 km
95% Do PIB do país depende da atividade econômica da região costeira
70% Da população vive a menos de 200 km da costa
Mercado total de barras de reforço no Brasil = 3,539 milhões de toneladas por ano (Base de dados IABr 2015).
Exemplo de estrutura em ambiente marítimo comprometida pela corrosão
CorrosãoA NACE – National Association of Corrosion Engineers estimou todos os custosde manutenção relacionados à corrosão e chegou à conclusão que:
PIB 2016 Brasil - R$ 6,26 trilhões
~4% do PIB gastos em manutenção da corrosão = R$ 250 bilhões (2016)
Custos com corrosão correspondem de 1 a 5% do PIB dos países.
Com a utilização de técnicas atuais de proteção contra corrosão, estima-se que poderiam ser economizados cerca de 25%, R$ 62,5 bilhões/ano.
A Galvanização por imersão a quente é um processode revestimento do aço com Zinco visando preservar a plenitude de suasqualidades e otimizar seu desempenho contra a corrosão.
Também conhecida como:
Existem outras técnicas de aplicação de Zinco sobre o aço, como a galvanizaçãoeletrolítica (eletrodeposição).
A galvanização a quente deposita camadas mais espessas que as obtidas pelaeletrodeposição.
Enquanto um revestimento típico obtido à quente é superior a 80 µm, valor esteprescrito por normas, um revestimento obtido por eletrodeposição não supera os 15 ou20 µm. Camadas mais espessas implicam em maior durabilidade da proteção, portanto,para utilização em vergalhões, recomenda-se apenas a galvanização porimersão a quente.
Galvanização
- Zincagem por imersão a quente- Zincagem a fogo- Galvanização a fogo
Galvanização por imersão a quente Imersão do aço em Zinco fundido
1) Desengraxe (NaOH)
2) Lavagem (água)
3) Decapagem (HCl)
4) Lavagem (água)
5) Fluxagem (diminuir tensão superficial)
6) Secagem
7) Banho em zinco fundido (450°C)
8) Passivação (solução cromatizante)e/ou Resfriamento.
Imersão do aço em um banho de Zinco a 450ºC;
Formação de uma ligação metalúrgica que garante forteaderência do revestimento de Zinco, o qual é superior secomparada a outras formas de revestimento, como oepóxi aplicado por fusão.
As camadas de Ferro-Zinco do revestimento apresentamuma dureza maior que o aço em si, conferido ao vergalhãogalvanizado elevada resistência a abrasão ;
Galvanização por imersão a quente Dupla proteçãocontra corrosão
Substrato de aço
Gama (Fe3Zn10)73-80% Zn
Delta (FeZn7)89-93% Zn
Zeta (FeZn13)93,7-94,3% Zn
Eta (Zn)100% Zn
Formação de sais de Zn que vedam as cavidades
Ânodo
Cátodo
A camada de Zinco protege o aço do contato com o meio exposto.O Zinco, por ser mais eletronegativo que o aço, sofre
corrosão preferencial ao aço e sacrifica-se para protegê-lo.
Processo de cicatrização: caso o revestimento seja danificado provocando sulcos na camada de Zinco, os produtos decorrosão do Zinco, por serem aderentes e insolúveis, se depositam sobre a superfície exposta do aço isolando-o novamente.
Barreira Catódica
Zinco em soluções fortemente alcalinas (> pH 12,5) é passivado porformação de camada de cristais aderentes – Hidroxizincato de Cálcio(CaHZn).
Além disso, os produtos resultantes da corrosão do Zinco são compostosminerais mais pulverulentos e menos volumosos do que os produtosresultantes da corrosão do Ferro e são capazes de migrar da superfíciedo vergalhão galvanizado para a matriz do concreto adjacente.
A difusão dos produtos da corrosão do Zinco ajuda a preencher osespaços porosos na interface concreto/vergalhão, tornando essa áreamenos permeável e ajudando a reduzir o transporte de substânciasagressivas (como os cloretos) através desta interface, que dá acesso aorevestimento de Zinco. As reações entre o Zinco e o concreto e a difusãodos produtos de corrosão resultantes também explicam porque osvergalhões galvanizados têm uma aderência tão boa no concreto.
Por que o vergalhão galvanizado mantém a integridade do concreto?
Falta de cobrimento
Vazios de concretagem “bicheiras”
Trincas e fissuras
A armadura quando galvanizada fica protegida mesmo em casos em que haja falhas deexecução na concretagem:
Galvanização: garantia de proteção
Ensaios realizados no laboratório Falcão Bauer Agosto 2013
Númerodo
ensaioEnsaio
Método ABNT
RevestimentoDe zinco
Diâmetros das barras
10mm 25mmNúmero de ensaios
01 Tração vergalhãoNBR 6152
Padrão: Sem revestimento 09 09
Galvanizado 09 09
02 Dobramento VergalhãoNBR 6153
Padrão: Sem revestimento 09 09
Galvanizado 09 09
03Aderência Concreto / AçoCoeficiente de conformação superficial
NBR 7477 Padrão: Sem revestimento 09 09
Galvanizado 09 09
04 Aderência revestimento Zn DobramentoGalvanizado
09 09
05 Espessura Revestimento NBR 7399Galvanizado
09 09
06 Uniformidade Revestimento NBR 7400Galvanizado
09 09
Conforme ABNT NBR 16300 – Galvanização por imersão a quente de barras de aço para armadura de concreto armado
ADERÊNCIA AO CONCRETO
Uma boa aderência entre a armadura e o concreto é essencial
para o desempenho confiável do concreto armado.
O vergalhão galvanizado, conforme norma ASTM A 767, possui
inicialmente uma aderência similar à do concreto do
vergalhão sem revestimento. Ensaios realizados mostram que
a média do coeficiente de conformação superficial das faces do
vergalhão galvanizado h = 1,8 atende aos requisitos da norma
de ABNT NBR 7480 – Aço destinado a armaduras de concreto
armado (min h = 1,5).
ADERÊNCIA AO CONCRETO
Estudos realizado pela Universidade de Berkeley, Califórnia compararam a aderência doconcreto no aço galvanizado e no aço não galvanizado.
Mesmo após 20 anos, a estrutura da figura ao lado localizada em ambiente marinhoaltamente agressivo teve de ser britada para a separação do concreto no vergalhão
Concluiu-se que o desenvolvimento total da aderência pode ocorrer em tempo maior do que no vergalhãonão galvanizado dependendo da reação entre o Zinco e a pasta de concreto. Contudo, após esse período, aaderência tende a ser maior.
ADERÊNCIA AÇO-ZINCO
ParâmetroDeterminado
UnidadeEspecificado (mínimo)
Bitola 10mm Bitola 10mm galvanizado
Bitola 25mmBitola 25mm galvanizado
Limite de Escoamento MPa 500 664 627 563 566
Limite de resistência Mpa 540 846 763 713 683
Relação LR/LE - 1,08 1,27 1,21 1,26 1,21
Alongamento após ruptura % 8 14,1 13,6 16,7 16,4
O vergalhão galvanizado apresentou todos os resultados dentro da norma quanto à aderência da camada de
Zinco com o aço após dobramento das barras, ou seja, as barras podem ser manuseadas ou dobradas no local
da obra, sem perda da aderência Zinco - Aço.
Em nenhum ensaio de dobramento e tração foi observada fissura na
camada de zinco aderida ao aço. Estes ensaios solicitam bastante o aço e
mais uma vez evidencia que existe uma boa aderência entre o Zinco e o
aço
Custo $$
O custo do vergalhão galvanizado é cerca de 50% maiorque o vergalhão não galvanizado. Porém, quandocomparado ao custo total da construção ou da edificaçãoe aos custos potenciais associados à manutençãoprematura do concreto danificado ou falhas da estrutura, ocusto adicional pago pelo vergalhão galvanizado épequeno, variando entre 1% e 3%.
Vale lembrar que no Brasil cabe à construtora que adquireos vergalhões contratar o processo de galvanização porimersão a quente.
Museu Iberê Camargo – Porto Alegre/RS
Além de durabilidade e segurança,
optou-se pelo vergalhão Galvani-
zado por motivos estéticos. Como o
recobrimento foi feito em concreto
branco, o arquiteto não queria que
o concreto apresentasse manchas
de ferrugem.
Inaugurado em 2008, o museu apresenta uma fachada sem nenhum sinal de corrosão.
“MAR” inaugurado em 2013
320 m³ de concreto, e 70 toneladas de vergalhão galvanizado foram usado na construção do telhadocontíguo.
Museu de Arte do Rio , Rio De Janeiro
Construção iniciada em 1958, com 10 mil trabalhadores.
Inaugurado em 1973
Concreto armado pré fabricado com vergalhões galvanizados, está livre de corrosão há 43 anos.
Fundação já passou por duas manutenções por não usar vergalhão galvanizado.
Opera House, Sydney, Australia
Ponte Rota 66, Kittanning, PA
Como é uma região em que há acúmulo de neve na pista, joga-se sal na pista para descongelar.
Na renovação do pavimento, pensou-se que as armaduras estariam comprometidas.
O teor de cloreto na superfície do vergalhão era de 3.0 kg/m3 – 5x o limite do vergalhão nu.
Não houve necessidade de reforma na armadura, a espessura média da camada de zinco era de247-270 µm e as armaduras estavam intactas (vide imagens abaixo).
Mexico – costal Restaurante Silper (2002)
Bermudas – performance histórica
A região de Bermudas utiliza exclusivamente vergalhões galvanizados em todas as construções de concreto
desde 1950. A aplicação é necessária por causa do clima marinho corrosivo. Além disso o agregado para
fabricação do concreto já contem cloretos em sua composição química
RBYC Cais Hamilton Doca
Por que galvanizar o Vergalhão?
O aço fica protegido contra a corrosão antes de ser imerso no concreto.
Retarda o início da corrosão do aço reduzindo os riscos de fissuras, manchas de ferrugem edesagregação do concreto.
Reduz a frequência e a magnitude dos reparos do concreto, resultando em economia à longoprazo.
Aumenta a vida útil da estrutura.
Proporciona segurança e sustentabilidade à obra.
Sua aplicação está padronizada de acordo com normas nacionais e internacionais (ABNT NBR16300, ASTM A767, ISO 14657) que asseguram a qualidade e as características de aplicação.
Os vergalhões galvanizados atendem aos requisitos da norma NBR 7480:2007 – aço destinado aarmaduras de concreto armado.