Corrosão - DCC

Grupo de Materiais de Construção
Departamento de Construção Civil
Universidade Federal do Paraná
Introdução:
Departamento de Construção Civil
Grupo de Materiais de Construção
Materiais metálicos = metais e ligas metálicas:
Subst. inorgânica c/ 1 ou + elementos metálicos (e não metálicos)
ELETROQUÍMICA E CORROSÃO
METÁLICA
Elementos metálicos:
Ferro, cobre, alumínio, níquel, titânio...
Não metálicos em ligas:
Carbono, o nitrogênio e o oxigênio.
Disciplina: Materiais I
Turma: TC-030
Prof. Dr. Marcelo Medeiros
Ponte sobre a grota do São João,
Estrada de Ferro
Curitiba-Paranaguá, (1885)
Aço = 99,7% Fe + 0,3% C
1
2
ROCA engenharia
Introdução:
Introdução:
Minérios de metais:
Corrosão
Em geral formas oxidadas do metal.
Tendência do metal reverter ao seu estado original, o
de mais baixa energia.
Quantidade significativa de energia p/ reduzir minério
ao metal puro.
A tendência de decréscimo energético é a principal
encorajadora à corrosão metálica.
Fundição e conformação posterior do metal
envolvem processos onde mais energia é gasta.
Material de aula do Prof. Dr. Marcelo Medeiros
3
Material de aula do Prof. Dr. Marcelo Medeiros
Introdução:
4
Introdução:
Corrosão afeta diversos setores:
• Indústrias - química, petroquímica, etc.
• Meios de transporte - aviões, automóveis, navios, etc.
CICLO
DO
FERRO
• Medicina – implantes
• Monumentos
• Construção civil
( Pannoni, F. D.)
5
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6
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1
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Introdução:
DURABILIDADE DO CONCRETO
Corrosão:
Gastos de paises europeus com manutenção e reparos:
Pais
Gastos com
construções novas
França
85,6 Bilhões de Euros
(52%)
79,6 Bilhões de Euros 165,2 Bilhões de Euros
(48%)
(100%)
Alemanhã
99,7 Bilhões de Euros
(50%)
99,0 Bilhões de Euros 198,7 Bilhões de Euros
(50%)
(100%)
Itália
58,6 Bilhões de Euros
(43%)
76,8 Bilhões de Euros 135,4 Bilhões de Euros
(57%)
(100%)
Reino
Unido
Gastos com
manutenção e reparo
60,7 Bilhões de Pounds
(50%)
61,2 Bilhões de
Pounds
(50%)
(Dados do ano 2004, p/ Itália ano de 2002)
Gastos totais com
construção
É importante compreender os fenômenos que
envolvem a corrosão para que se possa melhor
combatê-la.
Gera perdas econômicas imensas
121,9 Bilhões de
Pounds
(100%)
(Ueda , Tanaka; 2007)
Custos do combate à corrosão - ±1,8 % do PIB
FONTE: Revista Concreto - Ibracon
7
Conceito de Corrosão:
8
Conceito de Corrosão:
Nos processos de corrosão, os metais reagem com os
elementos não metálicos: O2, S, H2S, CO2 .....
Deterioração dos materiais pela ação química ou
eletroquímica, pode ou não estar associada a esforços
mecânicos.
Produz compostos semelhantes aos encontrados na
natureza, dos quais foram extraídos.
Corrosão dos materiais
metálicos = corrosão metálica.
(G. S. Pimenta, 2006)
9
Conceito de Corrosão:
10
Conceito de Corrosão:
Corrosão química:
Processos corrosivos classificados em dois
grupos:
Processo menos freqüente na natureza
Sob temperaturas elevadas.
• Corrosão Química
Caracterizada por:
• Corrosão Eletroquímica
• 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.
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11
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12
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2
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Conceito de Corrosão:
Conceito de Corrosão:
Corrosão química:
Corrosão química:
Interação direta entre o metal e o meio corrosivo.
Os casos mais comuns são a reação com o oxigênio
(OXIDAÇÃO SECA), a dissolução e a formação de
compostos.
Ocorre em equipamentos que trabalham aquecidos:
fornos, caldeiras, unidades de processo, etc.
OXIDAÇÃO DO FERRO AO AR SECO
Chapa de aço inox
atacada por ácido
clorídrico
13
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)
Conceito de Corrosão:
14
Conceito de Corrosão:
Corrosão eletroquímica:
Corrosão eletroquímica:
(mais freqüente na natureza)
Corrosão: reação com a água
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.
forma ferrugem: produto não aderente, com baixa
resistência e muito expansivo (hidróxido de ferro)
Como o eletrólito contém água líquida, a corrosão
eletroquímica é denominada:
Corrosão em meio aquoso
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15
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Corrosão eletroquímica:
Conceito de Corrosão:
Processo eletroquímico
Este é o tipo de
Corrosão mais comum
Forma composto expansivo
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NOBREZA CRESCENTE
Corrosão eletroquímica:
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16
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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18
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3
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Corrosão eletroquímica:
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Corrosão eletroquímica:
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.
19
20
Corrosão eletroquímica:
Fe
Cu
Corrosão eletroquímica:
Fe
Cu
Caso 1
Caso 2
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21
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Corrosão eletroquímica:
Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica
Fe
e-
i
www.abraco.org.br
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:
Pilha ou célula galvânica de corrosão eletroquímica
Cu
Zn
e-
i
Fe
Fe+2
Fe+3
ânodo
ânodo
cátodo
Caso 3
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cátodo
Caso 4
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24
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4
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Corrosão eletroquímica:
Exemplo de aplicação:
Proteção catódica de tubos de aço enterrados
Corrosão eletroquímica:
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
Nível do terreno
Aço inoxidável =
liga de Ferro e
Cromo (mín.11%),
podendo conter
também Níquel,
Molibdênio e outros.
Aço inox
Solo
Mg
Tubulação de aço carbono
(Panonni, F. D.)
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25
Corrosão eletroquímica:
Aço carbono
Incompatibilidade do aço inox do corrimão
com o aço carbono do apoio.
26
Corrosão eletroquímica:
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
www.forumdaconstrucao.com.br
Aço = liga metálica
formada por ferro e
carbono, (%C entre
0,008 e 2,11% ).
(Martin McGovern- CONCRETE TECNOLOGY TODAY)
Tubulação em aço galvanizado unida com tubulação de cobre.
27
Corrosão eletroquímica:
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
Gradil unido por solda às armaduras de aços
diferentes. Aço carbono comum com aços para
concreto armado.
28
Corrosão eletroquímica:
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
Isolamento do contato
(Granato - Basf)
Brise unido por solda às
armaduras (aços diferentes)
(Granato - Basf)
Telhas galvanizadas ou de alumínio em contato com a estrutura de ferro.
29
30
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5
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Corrosão eletroquímica:
Corrosão eletroquímica:
Exemplo: Corrosão Galvânica
Metais diferentes:
Metais diferentes: (Corrosão galvânica)
Formação de um par galvânico devido à grande diferença de
nobreza entre dois elementos de uma liga metálica.
Tipos: grafítica e deszincificação.
(Gentil, 1996)
Deszincificação da parte
interna de uma válvula de
latão
(José Freitas Jr.)
Detalhe de fixação de tubo de cobre com alça de aço galvanizado com
afastador de PVC p/ evitar a corrosão galvânica.
31
Corrosão eletroquímica:
32
Conceito de Corrosão:
Pilha de Corrosão Eletroquímica:
Condições termodinâmicas para que haja
corrosão eletroquímica:
Elementos fundamentais:
• ddp
• Área catódica: (metal que recebe os elétrons)
Superfície protegida onde não há corrosão
(reações de redução);
• eletrólito
• Área anódica: (metal que perde ou cede elétrons)
Superfície onde ocorre a corrosão (oxidação);
• conexão elétrica
• 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.
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33
Corrosão eletroquímica:
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Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• Em metais iguais
Causas para a diferença de
potencial:
• Metais diferentes → Corrosão galvânica
Fe
i
e-
34
Fe
Fe
Cu
Aeração diferencial
Concentrações diferentes
de oxigênio causa
diferença de potencial.
Fe+2
O2
O2
Caso 3
Fe+3
O2
ânodo
ânodo
cátodo
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O2
O2
Cátodo
Caso 5
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Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• Em metais iguais
Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• Em metais iguais
Aeração diferencial
Concentrações 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.
Fe
Fe
Concentração
iônica diferencial
Quando um metal é exposto
a concentrações diferentes
de seus próprios íons.
Fe+3
Fe+3
Fe+3
Fe+3
(C. T. Tebecherani)
Fe+3
Fe+3
Fe+3
Fe+3
+3
Cátodo Fe
(Panonni, F. D.)
37
(Panonni, F. D.)
Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• 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.
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Fe+3
Ânodo
Caso 6
38
Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• Em metais iguais
Energia diferencial
ABRACO
Correntes externas ou situações diversas que levam a
deformações no reticulado cristalino do metal, causam diferença
de potencial.
39
40
(Panonni, F. D.)
Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• Em metais iguais
Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• Em metais iguais
Energia diferencial
Energia diferencial
Região curvada do
tubo tem seu
reticulado cristalino
deformado. Esta área
torna-se o ânodo.
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
(Gentil, 1996)
41
Corrosão sob tensão em aço inoxidável
42
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7
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Corrosão eletroquímica:
Causas para a diferença de
potencial:
• Em metais iguais
Corrosão eletroquímica:
Passivação:
Termo que significa que o metal está passivo ao
processo de corrosão.
Energia diferencial
Decorrente da formação de uma película fina de óxido
estável e aderente na superfície do metal.
Estados diferentes
de tensões
Alguns metais são formadores desta película protetora,
como: Chumbo, cromo, alumínio, aço inoxidável, ferro,
cromo e titânio....
Extremidades das vigas
sob maior tensão levou a
corrosões localizadas.
(Gentil, 1996)
Em geral metais onde não há crescimento significativo
de volume com a oxidação.
43
Corrosão eletroquímica:
Passivação:
44
Corrosão eletroquímica:
Passivação:
Mesmo existindo:
Condições termodinâmicas para que haja
corrosão eletroquímica:
• ddp
• eletrólito
• conexão elétrica
+
Aço Passivo
(G. S. Pimenta, 2006)
(G. S. Pimenta, 2006)
Taxas de Corrosão de um
Metal Passivável
Não existe corrosão
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
45
Corrosão eletroquímica:
Corrosão eletroquímica:
Passivação:
Passivação:
Uma fina camada de óxido que atua como barreira contra
a continuação da corrosão.
Exemplos:
•Aço patinável;
•Aço inoxidável; •Ligas de alumínio.
Barreira de óxido recristalizado
em aço patinável
46
Aço Patinável – adição de 0,2 a 0,5% de Cobre
Edifício Kaze (São Paulo-SP)
47
www.vitruvius.com.br
48
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Corrosão eletroquímica:
Passivação:
Aço Patinável – adição de 0,2 a 0,5% de Cobre
Corrosão eletroquímica:
Passivação:
Ponte Pedro Ivo Campos – Florianópolis SC
Ponte
Colombo
Salles
Ponte Pedro Ivo Campos
wikipedia
49
Corrosão eletroquímica:
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.)
50
Corrosão eletroquímica:
Principais Meios Corrosivos:
Atmosfera:
São responsáveis pelo aparecimento do eletrólito e dos
agentes corrosivos.
Ar contém umidade, sais em suspensão, poeira, poluição
gases industriais (Cl-, CO2, SO2, H2S, NO2)...
Atmosfera:
Ambiente Urbano
Ataque por CO2
Ar contém umidade, sais em suspensão, poeira, poluição
gases industriais (Cl-, CO2, SO2, H2S, NO2)...
Corrosão
atmosférica em
pé de pilar
Ambiente Marítimo
Ataque por ClABRACO
51
Corrosão eletroquímica:
Principais Meios Corrosivos:
Solos:
Contêm umidade, acidez, sais minerais e bactérias.
Corrosão
localizada causada
pelo solo
52
Corrosão eletroquímica:
Principais Meios Corrosivos:
Água do mar:
Contêm quantidade apreciável de sais. (Cloretos, sulfatos,
bicarbonatos...)
Água do mar: Eletrólito por excelência.
ABRACO
Águas naturais (rios, lagos e do subsolo):
Podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases,
resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases
dissolvidos.
53
Corrosão de pilares
de aço em água
marinha
(Gentil, 1996)
54
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9
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Corrosão eletroquímica:
Principais Meios Corrosivos:
Corrosão eletroquímica:
Principais Meios Corrosivos:
Ambientes industriais:
Ambientes industriais:
Produtos químicos:
O cloro é utilizado como agente
de branqueamento de celulose
na indústria de papel.
Produtos químicos:
Estações de
Tratamento de água
Materiais ácidos (como ácido sulfúrico) estão
presentes nos processos de produção da indústria
de fertilizantes.
Meio altamente corrosivo para os metais
Corrosão por pite em
alumínio e ferro
(Gentil, 1996)
(Gentil, 1996)
55
Corrosão eletroquímica:
56
Corrosão eletroquímica:
Velocidade de corrosão:
Principais Meios Corrosivos e Eletrólitos
São responsáveis pelo aparecimento do eletrólito e dos
agentes corrosivos.
Taxa de corrosão:
Taxa de corrosão =
Atmosfera:
Massa desgastada 1
•
Área
t
Depende de:
• Diferença de potencial entre áreas anódicas e catódicas;
• Resistência de contato das áreas anódicas e catódicas.
Presença de água (eletrólito)
e ar (oxigênio) em contato
com o aço (Fe), já é o
suficiente para a formação da
célula de corrosão.
A ddp pode ser influenciada por:
57
Corrosão eletroquímica:
Velocidade de corrosão:
• Resistividade do eletrólito;
• Superfície de contato das áreas anódicas e catódicas;
• Fenômenos de polarização e passivação.
58
Corrosão eletroquímica:
Velocidade de corrosão:
OUTROS FATORES:
OUTROS FATORES:
Temperatura: aumento acelera as reações químicas.
Aeração do meio corrosivo: velocidade de corrosão
aumenta com o acréscimo da taxa de oxigênio dissolvido.
Efeito da velocidade: velocidade de fluxo do eletrólito.
Sob movimento turbulento tem-se > ação erosiva.
pH de eletrólito: taxas de corrosão aumentam com a
diminuição do pH.
Efeito da velocidade
relativa do metal / eletrólito
na corrosão do aço em
água do mar
(G. S. Pimenta, 2006)
59
(G. S. Pimenta, 2006)
60
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10
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Corrosão eletroquímica:
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Formas físicas que a
corrosão se
apresenta:
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
62
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão uniforme:
1
(F. D. Pannoni)
61
(F. D. Pannoni)
A perda de massa e modo de ataque sobre o material
dá-se de formas diferentes.
2
3
Corrosão uniforme:
Aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada.
Comum em metais que não formam películas protetoras.
Cátodos e ânodos são
Conforme as áreas anódicas
distribuídos aleatoriamente corroem, um novo material,
por toda a superfície
de diferente composição (a
metálica e conectados
ferrugem) vai sendo exposta.
eletricamente pelo substrato
Este novo material causa
de aço. Íons ferrosos e
alterações dos potenciais
hidroxilas são formadas
elétricos entre as áreas
através de reações
anódicas e catódicas,
eletroquímicas, e se
causando sua mudança de
difundem superficialmente.
local.
Com o tempo, as
áreas catódicas de
tornam anódicas, e
toda a superfície
acaba se corroendo
de modo uniforme.
www.portaldagalvanizacao.com.br
(F. D. Pannoni)
63
Corrosão eletroquímica:
64
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão uniforme
Corrosão uniforme
Corrosão
atmosférica
ABRACO
(F. D. Pannoni)
65
Corrosão uniforme em tubo enterrado
66
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Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão em frestas:
• Corrosão por placas:
Interior da fresta acumula eletrólito (água), tem menos
oxigênio (área anódica) que na parte externa (área catódica).
• 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
(Marcelo Medeiros)
Corrosão no interior da fresta.
67
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
www.portaldagalvanizacao.com.br
(José Freitas Jr.)
68
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão alveolar:
• Corrosão por placas:
• Desgaste localizado, com o aspecto de crateras.
FOSROC
(Moacir H. Inoue)
Armaduras de concreto armado
ABRACO
69
Corrosão eletroquímica:
70
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão alveolar:
Desgaste localizado em regiões
onde a película protetora (pintura,
cromagem, pátina, ...) encontra-se
com falhas
• Corrosão alveolar:
• Muito localizada
Profundidade < diâmetro
Fundo arredondado
www.sikkens.com
ABRACO
71
72
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12
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Corrosão eletroquímica:
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão por pite:
• Corrosão por pite:
• Muito localizada e de alta intensidade.
• Profundidade > diâmetro.
• Comum em aços
inoxidáveis
ABRACO
Corrosão por pite em aço inox
73
(Tebecherani; C. T)
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
74
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão intergranular ou intercristalina:
• Corrosão intergranular ou intercristalina:
Ataque no contorno
dos grãos.
Comum em
aços
inoxidáveis.
ABRACO
ABRACO
Corrosão intergranular (sensitização) em bloco fundido de aço inox
75
(Tebecherani; C. T)
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão intergranular ou intercristalina:
met-tech.com
•Corrosão intergranular ou intercristalina:
76
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 77
Corrosão intergranular, de dentro para fora,
em folhas de alumínio de isolamento térmico
78
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13
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Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão transgranular ou transcristalina:
• Forma trincas que se propagam pelo interior dos grãos do
material.
Tanto a corrosão intergranular como a
transgranular levam a ruptura de corrosão
sob tensão
ABRACO
Corrosão sob-tensão em aço inoxidável
(Tebecherani; C. T)
79
80
Corrosão eletroquímica:
Corrosão eletroquímica:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
Formas físicas que a corrosão se apresenta:
• Corrosão sob tensão
• Corrosão sob tensão
(Costa, E. M.)
Corrosão sob tensão em aço
inoxidável
(Gentil, 2003)
(Gentil, 2003)
RIMT®
Cordoalhas de concreto
protendido
(Gentil, 1996)
81
82
Corrosão associada ao
fluxo de materiais
Corrosão associada ao
fluxo de materiais
CORROSÃO-EROSÃO
CORROSÃO-EROSÃO
Erosão é o desgaste mecânico provocado pela abrasão
superficial de uma substância sólida, líquida ou gasosa.
Meio líquido
• Fluxo de material sólido
• Fluxo de líquido contendo partículas sólidas
• Fluxo de gás contendo partículas líquidas ou sólidas
Metal
Remove as películas protetoras
constituídas de produtos de corrosão.
83
84
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14
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Corrosão associada ao
fluxo de materiais
Corrosão associada ao
fluxo de materiais
CORROSÃO-EROSÃO
CAVITAÇÃO
Desgaste devido a ondas de choque do líquido, oriundas
do colapso de bolhas gasosas.
Cavitação em
bomba
centrífuga
Erosão de rotor de bronze de bomba
85
Corrosão associada ao
fluxo de materiais
CAVITAÇÃO
(Gentil,1996)
86
Corrosão associada ao
fluxo de materiais
CAVITAÇÃO
- Para todo fluido no estado líquido pode ser
É o nome que se dá ao fenômeno de vaporização
estabelecida uma curva que relaciona a pressão à
de um líquido pela redução da pressão, durante seu
temperatura em que ocorre a sua vaporização.
movimento.
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.
87
88
Corrosão associada ao
fluxo de materiais
Corrosão associada ao
fluxo de materiais
CAVITAÇÃO
CAVITAÇÃO
Teorema de Bernoulli:
Um fluido escoando, ao ser acelerado, tem uma
Então ocorrerá a "implosão“
dessas bolhas.
redução da pressão, para que a sua energia
mecânica se mantenha constante.
89
90
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15
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Corrosão associada ao
fluxo de materiais
CAVITAÇÃO
CORROSÃO DAS
ARMADURAS DE CONCRETO
91
92
Corrosão das armaduras de
concreto
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 em
cloretos e com níveis elevados de tensão.
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
93
94
Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão das armaduras de
concreto
DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
Carbonatação
Carbonatação
Nas superfícies expostas a alta alcalinidade devido ao
Ca(OH)2 liberado na hidratação, este composto pode
ser reduzido pela ação do CO2.
Felizmente, o processo de carbonatação é lento,
atenuando-se com o tempo devido aos produtos de
hidratação e pelos próprios produtos da carbonatação
Este processo é chamado carbonatação e geralmente é
condição essencial para o início da corrosão das
armaduras.
95
(CaCO3),
que
colmatam
os
poros
superficiais,
dificultando a entrada de CO2 do ar.
96
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16
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Corrosão das armaduras de
concreto
DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
Corrosão das armaduras de
concreto
DESPASSIVAÇÃO POR CARBONATAÇÃO DO CONCRETO
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.
Diagrama de Pourbaix
Fe-água
(sem cloreto)
Carbonatação:
Ca(OH) + CO → CaCO + H O
2
2
3
2
97
(J.S. Coutinho)
Corrosão das armaduras de
concreto
Limite de pH p/ haver corrosão
98
Corrosão das armaduras de
concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Cloretos promovem a despassivação precoce do aço,
mesmo em ambientes alcalinos.
Teor crítico 0,3% m.c. (CYTED, 1997)
Diagrama de Pourbaix
Fe-água com Cl
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.
99
Corrosão acontece sob qualquer pH 100
Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão das armaduras de
concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
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.
Areia marinha
contaminada
com cloro
(MANUAL CYTED)
www.rustfreetrucks.com
101
102
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17
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Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão das armaduras de
concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
www.cp-tech.co.uk
Ação dos Cloretos (Cl-):
Os íons cloretos eram introduzidos
intencionalmente nas estruturas de
concreto como agente acelerador
de pega e endurecedor.
Aparecem também através de
agregado
ou
água
contaminados.
Em climas frios, podem vir através
dos sais anticongelantes.
Ação dos Cloretos (Cl-):
Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl-):
• Absorção capilar;
• Difusão iônica;
• Permeabilidade;
• Migração iônica.
Também através de salmouras
industriais e maresias.
103
104
Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão das armaduras de
concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Ação dos Cloretos (Cl-):
Ação dos Cloretos (Cl-):
Mecanismos de transporte dos íons cloretos
(Cl-):
Mecanismos de transporte dos íons cloretos (Cl-):
Absorção capilar
Difusão iônica
A absorção capilar é a primeira porta de entrada dos
íons cloreto, provenientes, por exemplo, de névoa
marítima.
A absorção capilar ocorre na superfície do concreto, sendo
que a difusão iônica é o principal mecanismo de transporte no
interior da estrutura, em meio aquoso.
Depende da porosidade, viscosidade e tensão superficial
do líquido.
Permeabilidade
Representa a facilidade de penetração por uma pressão.
105
Corrosão das armaduras de
concreto
106
Corrosão das armaduras
de concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Ação dos Cloretos (Cl-):
Penetração de
Cloretos
Mecanismos de transporte dos íons dos cloretos (Cl-):
Migração iônica
Os íons cloretos por serem cargas negativas, promovem
migração iônica, o qual pode se dar pelo próprio campo
gerado pela corrente elétrica do processo eletroquímico,
como por ação de campos elétricos externos.
107
Medeiros (2008)
108
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Corrosão das armaduras
de concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Corrosão das armaduras
de concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
ClCl-
Fe(OH)2
Cl-
FeCl2
Cl-
Corrosão por pites
(alta concentração
de cloro)
Cl-
Cl-
O ânodo formado atrai Íons de cloro, de carga negativa, continuamente
para o mesmo ponto causando uma corrosão localizada e profunda (pite).
109
Corrosão das armaduras
de concreto
110
Corrosão das armaduras
de concreto
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Corrosão por pites:
Barra corroída de um pavimento de concreto armado exposto
ao uso de sal como anti-congelante.
DESPASSIVAÇÃO PELA PRESENÇA DE CLORETOS
Corrosão por pites
(alta concentração de cloro)
MEDEIROS, M. ; GROCHOSKI, M (2007)
(Paulo Barbosa, PhDesign,2006)
111
Corrosão das armaduras de
concreto
www.efcweb.org
112
Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão do aço carbono – REAÇÃO EXPANSIVA
(Cascudo, 1997)
Ferro, produtos da corrosão e seus volumes relativos:
(Adaptação de P.Helene, 1986)
113
114
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Corrosão das armaduras de
concreto
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Cuidados:
Corrosão do aço carbono – REAÇÃO EXPANSIVA
Progressão da deterioração da estrutura devido à corrosão das armaduras
• 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:
(P.Helene, 1986)
115
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
–Aços revestidos (epoxi, galvanização)
–Aços inoxidáveis
–Armaduras de fibras (carbono, vidro, kevlar)
116
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Cobrimento - Maior tempo p/ camada carbonatada chegar ao aço
Cuidados:
Profundidade de carbonatação com o tempo e fator a/c
(P.Helene, 1986 de Soretz, 1967)
• Cuidados no uso de aditivos que contenham em sua
fórmula o cloreto de cálcio;
• Espessura de cobrimento das armaduras adequado a
agressividade do meio;
• Cuidados especiais se o concreto estiver sujeito à
correntes elétricas;
• Utilizar dosagem adequada, com o mínimo de água para a
hidratação.
117
118
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Corrosão das armaduras de
concreto
Concreto menos permeável - Menor relação a/c e maior fck
Avaliação: PROFUNDIDADE DA CARBONATAÇÃO
Influência do fator a/c na profundidade de carbonatação
Frente de
carbonatação
(P.Helene, 1986 de Soretz, 1967)
Fenolftaleina reage com
o hidróxido de cálcio e
fica na cor “vermelho
carmim” indicando pH >
9,5.
119
Foto: Marcelo Medeiros
120
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Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Fonte: NBR 6118/2003
Micro-clima
Ambientes internos
Macro-clima
Seco
U.R. ≤
65%
Rural
Ambientes ext. e obras em geral
Úmido ou ciclos de
molhamento e secagem
Seco
U.R. ≤ 65%
I
I
I
Úmido ou ciclos de
molhamento e secagem
Classe de
agressividade
II
Urbana
I
II
I
II
Marinha
II
III
---
III
Agressividade
Risco de
deterioração da
estrutura
Industrial
II
III
II
III
I
Fraca
Insignificante
Especial
II
III OU IV
III
III OU IV
II
Média
Pequeno
Respingo de
maré
---
---
---
IV
III
Forte
Grande
Submersa ≥ 3
m
---
---
---
I
IV
Muito forte
Elevado
Solo
---
---
Não
agressivo I
Úmido e agressivo II, III ou IV
Fonte: NBR 6118/2003
122
121
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Fonte: NBR 6118/2003
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)
Concreto
armado
Concreto
protendido1)
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Concreto menos permeável - Menor relação a/c e maior fck
Relações a/a máximas e fck mínimo - NBR 6118 (2003)
Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto
Concreto
Cobrimento nominal (mm)
Laje2)
20
25
35
45
Viga/Pilar
25
30
40
50
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 secos
tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos
cerâmicos, pisos asfálticos, e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelo item 7.4.7.5 respeitado
um 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 cobrimento
nominal ≥ 45mm.
Tipo
Relação
água/aglomerante
em massa
Classe de
concreto
(NBR 8953)
Classe de agressividade (tabela 1)
I
II
III
IV
CA
≤ 0,65
≤ 0,60
≤ 0,55
≤ 0,45
CP
≤ 0,60
≤ 0,55
≤ 0,50
≤ 0,45
CA
≥ C20
≥ C25
≥ C30
≥ C40
CP
≥ C25
≥ C30
≥ C35
≥ C40
NOTAS:
CA Componentes e elementos estruturais de concreto armado
CP Componentes e elementos estruturais de concreto protendido
123
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
122
a/a = água/aglomerante
a/c= água/cimento
124
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
FORMAS ARQUITETÔNICAS E DRENAGEM
Tipo de cimento influencia a velocidade da
carbonatação
Marquises em balanço
-Lajes s/ vigas !!
-Drenagem / limpeza ?
-Impermeabilização ?
- Cobrimento ?
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 > CIMENTO SEM ADIÇÕES
•CP II F
•CP III
•CP IV
125
(José A. Freitas Jr.)
Marquise desabou na Avenida
Churchill 97, RJ. 19/12/2008
O DIAONLINE
126
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Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
Prevenção da corrosão das
armaduras de CA:
DETALHES CONSTRUTIVOS
DETALHES CONSTRUTIVOS
Infiltrações nas juntas e apoios de neoprene
(Eng. Moacir. H. Inoue)
(Granato - Basf)
Brise unido c/ as armaduras
(corrosão galvânica)
(Eng. Moacir. H. Inoue)
(Granato - Basf)
Superfícies horizontais acumulam água
127
128
Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão das armaduras de
concreto
Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO
Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO
O potencial eletroquímico de corrosão das armaduras imersas no
concreto indica a situação de corrosão ou passividade destas.
Fornece informações qualitativas que devem ser utilizadas
como complemento de outros ensaios.
A medida é a determinação da ddp elétrico entre as armaduras e
um eletrodo de referência que se coloca em contato com a
superfície do concreto.
Medição do potencial
de corrosão de um
concreto.
Fosroc
(Helene,P.; 1986)
Não dá informações sobre o
quanto corroeu ou está
corroendo, fornece somente a
probabilidade do processo
estar ocorrendo ou não.
129
130
Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão das armaduras de
concreto
Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO
Avaliação: POTENCIAL DE CORROSÃO
As medidas podem ser tomadas isoladamente ou em forma
sistemática c/ objetivo de obter "mapa de potenciais" da estrutura.
Mapa permite identificar zonas possivelmente corroídas de zonas
não corroídas ou passivadas.
GEOCISA
O potencial de corrosão é função de um grande número de
variáveis: % umidade e oxigênio no concreto,
Cobrimento, Fissuras e Correntes erráticas.
GEOCISA
GEOCISA
131
132
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Corrosão das armaduras de
concreto
Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA
Corrosão das armaduras de
concreto
Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA
A resistividade elétrica do concreto (condutividade iônica do
eletrólito) é um parâmetro que em conjunto com a disponibilidade
de oxigênio, controla a velocidade de corrosão do aço.
A
resistividade
depende
fundamentalmente da umidade
contida nos poros do concreto.
Uma corrente elétrica é aplicada entre os eletrodos externos. A
diferença de potencial gerada entre os eletrodos internos propicia
a medida da resistividade.
CRITÉRIOS CEB 192
ρ= 2 . Π . a . V / I
Existem dois métodos:
a) Método dos “Quatro Eletrodos” ou
método de Wenner
b) Método da ABNT que emprega três
eletrodos
Fosroc
(Helene,P.; 1986)
133
Corrosão das armaduras de
concreto
Avaliação: RESISTIVIDADE ELÉTRICA
134
Corrosão das armaduras de
concreto
Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO
Medidas sistemáticas permitem montar o "mapa de resistividade“.
(Rp) representa a inércia do sistema em desenvolver processo
eletroquímico de corrosão.
Aço passivado apresenta Rp muito maior que aço sofrendo
corrosão.
Este mapa indica as
probabilidades de corrosão nos
diversos locais da peça
estrutural.
GEOCISA
A técnica é a aplicação de um pequeno sinal à armadura em
análise e, que exerce uma pequena polarização no aço, em torno
do potencial livre que ele se encontra.
Caso esteja ocorrendo a corrosão, seu potencial livre é o próprio
potencial de corrosão.
135
136
Corrosão das armaduras de
concreto
Corrosão das armaduras de
concreto
Avaliação: RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO
P/ obtenção da Rp emprega-se um potensiostato.
Interliga-se eletrodo de referência às armaduras e um contraeletrodo. Fecha o circuito permitindo a circulação de corrente.
Avaliação:
RESISTÊNCIA DE POLARIZAÇÃO
GECOR 6 – GEOCISA
GEOCISA
GECOR6
137
GEOCISA
138
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Corrosão das armaduras de
concreto protendido
Corrosão das armaduras de
concreto protendido
Características:
Corrosão sob-tensão
“Processo destrutivo de um metal ou liga metálica resultante
da ação simultânea de um meio agressivo (específico para
cada metal) e de tensões de tração estáticas residuais ou
aplicadas sobre o metal ou liga”. (Wolynec, 1979)
Produtos formados durante
normalmente são invisíveis.
o
processo
corrosivo
É possível ter peças trincadas ou rompidas por corrosão
sob-tensão sem que a superfície denote evidência de
processo corrosivo generalizado.
Características:
Nem todos os metais ou ligas são suscetíveis (Ex. aço
carbono não submetido ao processo de trefilação).
A corrosão sob-tensão somente ocorre quando ambas a
tensão de serviço do metal e a concentração do agente
agressivo ultrapassam certos valores críticos (somente
ocorre em condições altamente específicas).
Manifesta-se na forma transgranular ou transcristalina.
A fratura não apresenta estricção (fragilidade alta).
139
140
Corrosão das armaduras de
concreto protendido
Corrosão das armaduras de
concreto protendido
•CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina
•Corrosão sob-tensão
Corrosão sob-tensão se manifesta em fios e cordoalhas de
concreto protendido.
•Ocorre a formação de trincas no interior dos grãos que
rapidamente reduzem a seção da peça de aço.
Elevado Av. Paulo de Frontin
141
11/1971, Rio de Janeiro, 122 m do
Elevado Paulo de Frontin, em
construção, desabaram. Tragédia
causou a morte de 28 e deixou 30
feridas, destruindo 17 carros, três
táxis, um caminhão e um ônibus.
Desmoronamento aconteceu na
hora em que um caminhão,
carregado de concreto, passava
sobre o trecho.
142
Corrosão das armaduras de
concreto protendido
Corrosão das armaduras de
concreto protendido
(C. T. Tebecherani)
Cordoalhas Ponte Rio-Niteroi
Corrosão encontrada por RIMT
•CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina
•Corrosão sob-tensão
Ponte dos Remédios
www.tecpont.com.br
•CASO: Corrosão transgranular ou transcristalina
•Corrosão sob-tensão
Elevado Av. Paulo de Frontin
Conclusões preliminares: Corrosão
das cordoalhas de protensão, janela
de inspeção mantida aberta.
(Jornal do Brasil)
(O Globo)
143
Em 3/6/97, São Paulo, 29 anos de idade,
26 cabos de protensão rompidos
Tecnologia do CP da época é uma das
causas da baixa durabilidade. Aço não
era aliviado de tensões, sujeito
relaxamento muito maior que o previsto.
Bainhas não garantiam a vedação na
concretagem,
criavam
atritos
que
reduziam sensivelmente a eficiência da
protensão. Injeções de nata de cimento,
c/ bombas manuais, não garantiam nem
a aderência da armadura, nem a
proteção contra stress corrosion.
144
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Corrosão das armaduras de
concreto protendido
Corrosão das armaduras de
concreto protendido
Avaliação: AUSCULTAÇÃO DE CABOS
PROTENDIDOS
Avaliação: AUSCULTAÇÃO DE CABOS
PROTENDIDOS
Vistoria quanto aos indícios de corrosão em cabos de C.P.
O total preenchimento das bainhas p/ calda deve ser averiguado.
O R.I.M.T. se baseia na transmissão e captura de ondas
eletromagnéticas de curtíssima duração, mediante o impulso
enviado ao longo do cabo protendido pelo equipamento.
Detectar corrosão em armaduras de C.A. é mais simples aumento do volume do aço, e a expansão da superfície de
recobrimento.
É fundamental confirmar o envolvimento pela calda de cimento
dos cabos assim como o preenchimento pleno das bainhas.
R.I.M.T. - "Reflectometric Impulse Measurement Technique” verifica
o grau de corrosão das armaduras e os vazios das bainhas.
145
(Siqueira, Carlos H.,2003)
(Siqueira, Carlos H.,2003)
146
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
147
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