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Protecção de estruturas metálicas
Elsa Vaz Pereira
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Protecção de estruturas metálicas 2
Degradação de estruturas metálicas
O aço não protegido quando em contacto com a atmosfera, a água e o solo está sujeito a corrosão, pelo que as estruturas de aço são normalmente protegidas
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Protecção de estruturas metálicas 3
Protecção da corrosão
EUROCÓDIGO 3 Design of steel structures (EN 1993-1-1)
EN 1090-1:2009 Execution of steel structures andaluminium structures:
>Part 1: Requirements for conformity assessment ofstructural components
>Part 2: Technical requirements for steel structures
>Part 3: Technical requirements for aluminium structures
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Protecção de estruturas metálicas 4
Protecção da corrosão
EN 1090-2:2008 Execution of steel structures and aluminium structures
Part 2: Technical requirements for steel structures
Ponto 10 e Anexo K (normativo) - Protecção da corrosão
� Revestimentos de Zn (galvanização por imersão a quente)o EN ISO 14713 – Guidelines and recommendations for the protection
against corrosion of iron and steel in structures – Zinc coating
� Revestimentos por projecção térmicao EN 14616:2004 Thermal spraying - Recommendations for thermal
spraying
� Revestimentos por pinturao EN ISO 12944 - Tintas e vernizes. Protecção anticorrosiva de estruturas
de aço.
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Protecção de estruturas metálicas 5
Protecção da corrosão> Isolando o metal do meio envolvente:
� revestimentos metálicos� revestimento por pintura
> Concepção da estrutura:� evitando locais de retenção de água (vértices, juntas) e superfícies horizontais
� prever drenagem e ventilação, etc.
> Actuando sobre o meio envolvente:� abrigos� ventilação e secagem (ambiente interior)
> Actuando sobre o metal:� protecção catódica
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Protecção de estruturas metálicas 6
Protecção de estruturas metálicas
>1. Introdução>2. Principais factores de degradação do aço>3. Categorias de corrosividade do ambiente de exposição
>4. Protecção da corrosão � 4.1 Concepção da estrutura� 4.2 Revestimentos metálicos
o 4.2.1. Galvanização por imersão a quente
o 4.2.1. Metalização por projecção térmica
� 4.3 Revestimentos por pintura
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Protecção de estruturas metálicas 7
Corrosão do açoA corrosão é um processo electroquímico que ocorre por várias fases:
>Ataque inicial do aço em alguns locais denominados ”anódicos” (-) onde o ferro atómico passa à forma iónica (Fe2+).
>Ocorre uma movimentação de e- no interior do metal para locais da superfície denominados “catódicos” (+) onde estes e- se combinam com oxigénio e água para formar iões OH-.
>Estes iões reagem com os iões Fe2+ do ânodo para formar hidróxido de ferro (Fe(OH)2) que se oxida no ar para formar oxido de ferro (Fe2O3) – a vulgar “ferrugem”.
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Protecção de estruturas metálicas 8
Velocidade de corrosão - Vcorr
Velocidade de corrosão (Vcorr)
Perda de massa do material metálico por unidade de área em função do tempo
g m-2 ano-1 ou µm ano-1
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Protecção de estruturas metálicas 9
Ambiente de exposição
Dado que os mecanismos de corrosão do aço no ar, em água e no solo são distintos bem como os factores que determinam a Vcorr, é habitual dividir o ambiente de exposição em três categorias principais:
�Exposição atmosférica
�Exposição em águas
�Exposição em solos
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Protecção de estruturas metálicas 10
Velocidade de corrosão – VcorrExposição atmosférica
A velocidade de corrosão (Vcorr) depende:
>Tempo de humedecimento (τ)� Período durante o qual a superfície metálica está coberta poruma película de electrolito que é capaz de causar corrosãoatmosférica.
� τ = soma das horas durante as quais HR>80% e T>0ºC.o Chuva, condensação, etc. – Vcorr elevadas
o Ambientes secos interiores - Vcorr baixa
>Contaminantes atmosféricos (agentes agressivos)� Iões Cl- - ambiente marítimo�Dióxido de enxofre (SO2) – ambiente industrial.
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Protecção de estruturas metálicas 11
Categorias de corrosividadeExposição atmosférica
É habitual classificar os vários ambientes de exposição em função do seu grau de corrosividade (ISO 9223 e EN ISO 12944-2)
VcorrCategorias de corrosividadeAço carbono
< 1,3> 1,3 a 25> 25 a 50> 50 a 80> 80 a 200
< 10> 10 a 200> 200 a 400> 400 a 650> 650 a 1500
C1 – Muito baixa C2 – BaixaC3 – Média C4 – AltaC5 – Muito alta
C5-I (industrial)C5-M (marítima)
µm ano-1g m-2 ano-1
µm ano-1
>C5 - > 0,2 mm ano-1
2 mm em 10 anos
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Protecção de estruturas metálicas 12
Edifícios aquecidos, com atmosferas limpas (escritórios, lojas, escolas, hotéis)
-C1 Muito baixa
Salas de produção com alta humidade e alguma poluição (instalações de processamento de alimentos, lavandarias, fábricas de cervejas e de lacticínios)
Atmosferas urbanas e industriais com poluição moderada de SO2.Áreas costeiras com baixa salinidade
C3 Média
Edifícios não aquecidos onde a condensação pode ocorrer (depósitos, pavilhões desportivos)
Atmosferas com baixo nível de poluição. Principalmente áreas rurais
C2 Baixa
Industrias químicas, piscinas, estaleiros navaisÁreas industriais e áreas costeiras com elevada salinidade
C4 Alta
Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição
Áreas industriais com alta humidade e atmosfera agressiva
C5 Muito alta (industrial)
Exemplos de ambientes típicos em climas temperados (apenas informativo)
Categorias de corrosividadeAço carbono
Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição
Áreas costeiras e “offshore” com alta salinidade
C5 Muito alta (marítima)
InteriorExterior
EN ISO 12944-2
Categorias de corrosividade - ExemplosExposição atmosférica
>C5 (Cx)
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Protecção de estruturas metálicas 13
Classificação das atmosferassegundo a ISO 9223
MatosinhosC4
Viana do CasteloC3
Macedo de Cavaleiros
C2
Alto RabagãoC2
Maia>C5
Leixões>C5
SeiaC2
LavosC4
Vila Velha de RódãoC2/C3
PegoC2/C3
LumiarC3
LisboaC3
BarreiroC3/C4
Reguengos de Monsaraz
C2
Sines>C5
AlfazinaC3
Aço Categoria de corrosividade
C1 – Muito FracaC2 – FracaC3 – MédiaC4 – ElevadaC5 – Muito elevada
Farol de Alfanzina - Algarve
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Protecção de estruturas metálicas 14
Velocidade de corrosão – VcorrÁguas e solosA corrosão é normalmente de natureza localizada, as categorias de corrosividade são difíceis de definir.
Vcorr depende entre outros factores:
>Águas: composição (doce, salobra, mar), presença de O2, T, velocidade de escoamento.
>Solos: composição (espécies agressivas, pH, resistividade), presença de O2, água, T.
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Protecção de estruturas metálicas 15
Velocidade de corrosão – VcorrÁguas e solos
>Norma EN ISO 12944-2 define 3 categorias de corrosividade:
Tanques enterrados, condutas de aço e vigas de açoSoloIm 3
Áreas portuárias com estruturas tais como portas de comportas, diques, quebra-mares, estruturas de plataforma
Água do mar ou salobra
Im 2
Instalações de rio, centrais hidroeléctricasÁgua doceIm 1
Exemplo de ambientes em estruturasAmbienteCategoria
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Protecção de estruturas metálicas 16
Categorias de corrosividade
>Numa mesma estrutura a velocidade de corrosão do aço pode variar significativamente de local para local devido à criação de zonas micro-climáticas:
� efeitos de condensação de água localizados� orientação dos ventos� etc.
> Existem normalmente vários locais com diferentes velocidades de corrosão.
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Protecção de estruturas metálicas 17
Sempre que possível evitar a exposição a agentes agressivos
Concepção da estruturaLocalização
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Protecção de estruturas metálicas 18
Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
> Critérios básicos sobre concepção para fins de protecção anticorrosiva:
� Acessibilidade (aplicação, inspecção e manutenção dos esquemas de protecção)
� Tratamento de juntas (selagem com produtos apropriado)� Precauções para prevenir a retenção de sedimentos e água� Arestas (arredondadas)� Soldadura (isentas de imperfeições)� Ligações roscadas (cuidados especiais)� Elementos das caixas e componentes ocos (cuidados especiais)� Entalhes/chanfros (cuidados especiais)� Reforços (concepção adequada)� Prevenção da corrosão galvânica� Manuseamento, transporte e montagem
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Protecção de estruturas metálicas 19
Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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Protecção de estruturas metálicas 20
Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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Protecção de estruturas metálicas 21
Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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Protecção de estruturas metálicas 22
Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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Protecção de estruturas metálicas 23
Protecção de estruturas metálicas
>1. Introdução>2. Principais factores de degradação do aço>3. Categorias de corrosividade do ambiente de exposição
>4. Protecção da corrosão � 4.1 Concepção da estrutura� 4.2 Revestimentos metálicos
o 4.2.1. Galvanização por imersão a quente
o 4.2.1. Metalização por projecção térmica
� 4.3 Revestimentos por pintura
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Protecção de estruturas metálicas 24
Revestimentos metálicos
Os revestimentos metálicos mais comuns para protecção anticorrosiva do aço são os revestimentos de timentos de zinco zinco ee ligas Zn-Al.
>Principais processos de aplicação:
� Imersão em banho de zinco fundido - Galvanização por imersão a quente� Projecção de metal fundido - Metalização por projecção térmica
>Embora menos frequente utiliza-se também (peças pequenas):
� Difusão do metal - Sherardização� Deposição electroquímica de zinco - Electrodeposição
De uma maneira geral a protecção conferida pelos revestimentos metálicos depende mais do material metálico seleccionado e da sua espessura do que do tipo de método de aplicação do revestimento.
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Protecção de estruturas metálicas 25
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
> A galvanização consiste na aplicação de um revestimento de zinco sobre a superfície do aço.
> O zinco corroi-se a uma velocidade inferior à do aço pelo que protege o aço actuando como uma barreira protectora.
> Simultaneamente confere protecção catódica ao aço - caso exista um pequeno defeito no revestimento, como o zinco émais anódico do que aço na série galvânica, é ele que se corrói.
Aço
Zn
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Protecção de estruturas metálicas 26
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quenteFases:
>Desengorduramento (70-80º)>Limpeza>Remoção de óxidos>Limpeza>Pré-tratamento (60-80ºC)>Banho de galvanização (430-460ºC)>Arrefecimento>Passivação da camada de zinco>Acabamento
Há limitação ao tamanho dos componentes que podem ser galvanizados e às formas de modo a garantir que toda a peça seja protegida (requisitos EN ISO 14713)
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Protecção de estruturas metálicas 27
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
> Forma-se um revestimento constituído por várias camadas
> Junto ao substracto de ferro formam-se camadas de ligas de zinco/ferro
> Estas camadas são progressivamente mais ricos em Zn do interior para a superfície
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Protecção de estruturas metálicas 28
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
A espessura do revestimento de zinco depende das características do processo de galvanização mas também:
• dimensão e espessura da peça
• preparação da superfície do aço
• composição do aço.
6070
430505
7080
505575
Peças vazadas <6mmPeças vazadas >6mm
35455570
250325395505
45557085
325395505610
Aço <1,5 mmAço >1,5 mm e <3 mmAço >3 mm e <6 mmAço >6mm
µmg/m2µmg/m2
Espessura local (mínima) do
revestimento de zinco
Espessura média(mínima) do
revestimento de zincoEspessura da peça de aço/ mm
Extraído da norma (NP) EN ISO 1461
Para aços com a seguinte composição típica (exemplo): %Si<0,04 e Si+(2,5x%P)<0,09
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Protecção de estruturas metálicas 29
Podem obter-se espessuras superiores:
• aumentando a rugosidade da superfície aço (projecção de abrasivos)
• utilizando aços reactivos - cujo teor em Si e P faz com que no banho a espessura do revestimento de zinco cresça sempre com o tempo de imersão.(Estes revestimentos poderão ficar com um aspecto baço, escuro e serem frágeis)
Microestrutura do revestimento de
zinco
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
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Protecção de estruturas metálicas 30
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
> 20Very High (VH)
10 a <20High (H)
5 a <10Medium (M)
2 a < 5Low (L)
0 a < 2Very Low (VL)
Tempo (anos)
Classe de durabilidade
48/95
33/67
20/40
C4
Categoria de corrosividadeTempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (anos)
Classe de durabilidade
Espessura mínima (µm)
H8/24VH24/48VHVH95>100200
H6/17VH17/33VHVH67/>100140
M3/10H10/20VHVH40/>10085
>C5C5C3
Durabilidade - Tempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (ISO 14713-1)
> 4 a 8C5
>8 a 25Cx(>C5)
> 2 a 4C4
> 0,7 a 2C3
Perda de espessura(µm ano-1)
ZnCategoria
X µm ano-1
Aço
A Vcorr do zinco na atmosfera éaproximadamente linear com tempo.
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Protecção de estruturas metálicas 31
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
1. Dimensão das peças limitada àdimensão do banho
2. Design adequado (Ex.: furação das peças de secção fechada para exaustão dos gases durante a imersão) EN ISO 14713
3. Pode ocorrer distorção de algumas pelas fabricadas
1. Boa aderência (ligas intermetálicas)
2. Uniforme 3. Resistente à abrasão4. Permite obter uma vasta
gama de espessuras5. Versátil (reveste peças de formas
complexas)
LimitaçõesVantagens
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Protecção de estruturas metálicas 32
Revestimentos metálicosMetalização - Projecção térmica
ChamaArco
• Micro-particulas do metal são projectadas com ar comprimido através de um pistola que contém uma fonte de calor (chama ou arco eléctrico) que funde a matéria prima (em pó ou em fio)
• Os revestimentos podem ser aplicados em fábrica ou em obra e não existe limitação para o tamanho da peça
• A superfície do aço permanece fria não apresentando o inconveniente de provocar dilatações da peça
Arco
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Protecção de estruturas metálicas 33
Revestimentos metálicosProjecção térmica
• O revestimento pode ser de Zn, Al ou ligas de Zne Al. O Al confere maior resistência à corrosão do revestimento, nomeadamente em ambiente industrial
• Espessuras típicas variam entre 100-200 µm (Al) e 100-150 µm (Zn).
• A aderência ao substracto é essencialmente mecânica (não se forma liga metálica com o aço da base) e o revestimento é poroso.
• O revestimento é aplicado numa superfície limpa mas ligeiramente rugosa.
• Normas aplicáveis:EN ISO 2063, EN ISO 14713 e EN 14616
Mic
roes
trut
ura
do r
eves
timen
to
de z
inco
met
aliz
ado
Aço
Zinco
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Protecção de estruturas metálicas 34
Revestimentos metálicosProjecção térmica
NR - não recomendado, * aplicação “offshore”
50501001001001005050C1
100150200*250*100200100150C5-M
100150100200100200100NRC4 e C5-I
5010010015010015050100C2 e C3
100150100150150200100200Im3
100NR200*250*150200100NRIm2
PintadoNão pintado
PintadoNão pintado
PintadoNão pintado
PintadoNão pintado
ZnAl15AlMg5AlumínioZinco
Metal (µm)Categoria segundoEN ISO 12944-2
Espessuras mínimas recomendadas - EN ISO 2063
C5 → Vcorr=> 4 a 8 µm ano-1
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Protecção de estruturas metálicas 35
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente+Projecção térmica
• Podem ser usados sem protecção adicional
• Frequentemente, sobretudo em ambientes mais corrosivos (orla costeira, zonas industriais muito poluídas) é usual recorrer à sua pintura - Sistemas mistos (duplex)
Sistema misto:
1. Beneficia de um efeito sinérgico entre os dois revestimentos
2. No entanto o período de manutenção de um sistema mistos é frequentemente inferior ao do revestimento de zinco uma vez que a durabilidade da tinta é muitas vezes inferior à do revestimento de Zn
3. Factores a ter em conta (NP EN ISO 12944-5): • Adequada preparação da superfície galvanizada → garantir boa aderência da pintura• Pintura com produtos adequados ao revestimento de zinco
Tmisto > (Tzinco + Ttinta ) T = Tempo de vida