COLETÂNEA DO
USO DO AÇO
PRINCÍPIOS DA PROTEÇÃO
DE ESTRUTURAS METÁLICAS
EM SITUAÇÃO DE
CORROSÃO E INCÊNDIO
1ª Edição
2002
Volume
2
Fábio Domingos Pannoni, M.Sc., Ph.D.
APRESENTAÇÃO
NO DIA-A-DIA
O aço lava, passa, cozinha e congela.
É o aço dos fogões, dos aquecedores, dos refrigeradores, das
máquinas de lavar, dos talheres e utensílios domésticos.
O aço também transporta, faz compras, trata da saúde, constrói.
O aço emprega milhares de brasileiros, traz milhões de dólares
em divisas.
O aço brasileiro impulsiona o desenvolvimento, fortalece a
independência econômica e melhora a qualidade da vida.
NA CONSTRUÇÃO CIVIL
O aço dá qualidade à construção.
É essencial às moradias, às indústrias, à montagem da infraestrutura nacional.
Está presente em pontes, viadutos, elevadores, em tubulações,
revestimentos, acabamentos e em coberturas.
NO TRANSPORTE
É o aço dos carros, caminhões, ônibus, trens, metrôs, navios,
bicicletas e motocicletas. São muitos os meios de transportes
produzidos com o aço brasileiro.
Distribuem as riquezas e espalham o progresso.
Exportam produtos, importam divisas e são importantes veículos
de turismo e lazer.
O AÇO POR VEZES INVISÍVEL
Mais que o aço que você vê, o seu dia-a-dia é repleto de um aço
que você não vê.
É o aço brasileiro presente nas indústrias que fabricam todos os
produtos que não recebem nem um grama de aço. É o aço das
máquinas e das ferramentas industriais que manufaturam tecido,
madeira, plástico, louça, papel, brinquedos, couro, borracha e de
todos os outros materiais.
É o aço das hidrelétricas, termelétricas e nucleares. O aço das
torres de transmissão, dos transformadores, das subestações e
dos cabos elétricos. É o aço das plataformas, tubulações e
equipamentos de prospecção e extração de petróleo, dos
oleodutos, gasodutos, petroleiros, reservatórios, barris e butijões.
O aço é o produto mais reciclado do mundo: 40% da
produção mundial é feita a partir da sucata ferrosa.
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
ÍNDICE
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Como Acontece a Corrosão . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Dois Tipos Importantes de Ataque . . . . . . 15
3 Aços Patináveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 - Formação da Pátina Protetora. . . . . . . . 21
3.2 - Precauções e Limitações . . . . . . . . . . 22
4 A Corrosão Atmosférica do Aço . . . . . . . . . . 25
4.1 - Principais Fatores da Corrosão Atmosférica . 27
5 Como Prevenir a Corrosão. . . . . . . . . . . . . 29
5.1 - A Prevenção Começa na Etapa do Projeto . . 31
5.2 - Evite Umidade Residual. . . . . . . . . . . 33
5.3 - Considere o Risco da Corrosão Galvânica . . 35
5.4 - Soldagem . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.5 - Preparo de Superfície. . . . . . . . . . . . 39
5.6 - Tintas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.7 - Classificação das Tintas. . . . . . . . . . . 45
6 Proteção Frente ao Fogo: Generalidades. . . . . 51
7 As Normas Brasileiras . . . . . . . . . . . . . . 59
8 Materiais Utilizados na Proteção Térmica
de Estruturas de Aço . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.1 - Materiais Projetados . . . . . . . . . . . . 65
8.2 - Argamassa Projetada . . . . . . . . . . . . 66
8.3 - Fibra Projetada. . . . . . . . . . . . . . . 67
8.4 - Argamassa Projetada à Base de Vermiculita . 68
8.5 - Placas de Gesso Acartonado . . . . . . . . 68
8.6 - Placas de Lã de Rocha . . . . . . . . . . . 68
8.7 - Enclausuramento em Concreto . . . . . . . 69
8.8 - Tintas Intumescentes . . . . . . . . . . . 70
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
1
INTRODUÇÃO
1 - INTRODUÇÃO
O aço é a mais versátil e a mais importante das ligas metálicas
conhecidas pelo ser humano. A produção mundial de aço no ano
2001 foi superior a 847 milhões de toneladas, sendo a
participação brasileira da ordem de 27 milhões de toneladas*.
Cerca de 100 países produzem aço, e o Brasil é considerado o
o
9 produtor mundial.
O aço é produzido em um grande número de variedades, cada
qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações.
Os aços-carbono comuns possuem na sua composição apenas
quantidades limitadas dos elementos Carbono, Silício, Manganês,
Cobre, Enxofre e Fósforo. Outros elementos existem apenas em
quantidades residuais.
A quantidade de carbono presente no aço define a sua
classificação. Os aços de baixo carbono possuem no máximo
0,30% deste elemento, e incluem os aços destinados à
estampagem comumente laminados a frio e recozidos, utilizados
na indústria automobilística na confecção de carrocerias. Os aços
de médio carbono possuem de 0,30% a 0,60% de carbono, e são
aços empregados como perfis e vergalhões na construção civil e
como chapas destinadas à confecção de tanques de estocagem,
tubulações, reatores e muitas outras aplicações. Os aços de alto
carbono possuem de 0,60% a 1,00% de carbono e são
basicamente empregados na confecção de molas e arames de
alta resistência.
Os aços, em geral, são classificados em Grau, Tipo e Classe. O
Grau normalmente identifica a faixa de composição química do
aço. O Tipo identifica o processo de desoxidação utilizado,
enquanto que a Classe é utilizada para descrever outros
atributos, como nível de resistência mecânica e acabamento
superficial.
A designação do Grau, Tipo e Classe utiliza uma letra, número,
símbolo ou nome. Existem vários sistemas de designação para
os aços, como por exemplo ABNT (Associação Brasileira de
Normas Técnicas, ASTM (American Society for Testing and
Materials), SAE (Society of Automotive Engineers) e AISI
(American Iron and Steel Institute).
A normalização unificada vem sendo utlizada com frequência
cada vez maior, e é designada pela sigla UNS (Unified
Numbering System).
*Fonte: International Iron and Steel Institute - IISI (www.worldsteel.org).
9
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
2
COMO ACONTECE
A CORROSÃO
2 - COMO ACONTECE A CORROSÃO
Os metais raramente são encontrados no estado puro. Eles
quase sempre são encontrados em combinação com um ou mais
elementos não-metálicos presentes no ambiente. Minérios são,
de modo geral, formas oxidadas do metal.
Com raras exceções, quantidades significativas de energia
devem ser fornecidas aos minérios para reduzi-los aos metais
puros. A fundição e conformação posterior do metal envolvem
processos onde mais energia é gasta. Corrosão pode ser
definida de modo bastante simplificado como sendo a tendência
do metal produzido e conformado de reverter ao seu estado
original, de mais baixa energia. De uma perspectiva puramente
termodinâmica, a tendência de decréscimo energético é a
principal encorajadora à corrosão metálica.
A corrosão atmosférica do aço carbono é um processo
eletroquímico (isto é, a corrosão do metal envolve tanto reações
químicas quanto fluxo de elétrons) onde o metal reage com a
atmosfera para formar um óxido ou outro composto análogo ao
minério do qual ele se originou.
O quadro que descreve este processo incorpora três constituintes
essenciais: o anodo, o catodo e uma solução eletricamente
condutora. O anodo (-) é o local onde o metal é corroído, a
solução eletricamente condutora é o meio corrosivo, e o catodo
(+) é parte da mesma superfície metálica (ou outro metal em
contato com ela) que constitui o outro eletrodo da cela, e não é
consumido no processo de corrosão.
Quadro Descritivo
O2 +H 2O
OH -
Fe + +
(ferrugem)
Fe 0 0 H
OH -
O2 +H 2O
+
carepa
(catodo)
+
(catodo)
Fe
(anodo)
Anodo: Fe
Fe++ + 2eCatodo: ½ O2 + H2O + 2e
++
Na ferrugem: Fe + 2OH
-
2OH
Fe (OH)2
Fe (OH)2
Fe (OH)3 (oxidação ao ar)
Fe (OH)3
Fe OOH (transformação)
Fe OOH = ferrugem
13
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A reação global que descreve o processo de enferrujamento do
aço carbono exposto ao ar é dada por:
4Fe+3O2+2H2O
2Fe2O3.H2O
aço + oxigênio + água = ferrugem
O processo de corrosão atmosférica do aço carbono consiste, desse
modo, de elétrons fluindo dentro do metal e íons fluindo no eletrólito
superficial.
A velocidade de corrosão é muito influenciada pela condutividade
elétrica do eletrólito: é menor em meios pouco condutores, como a
água muito pura, e maior em meios condutores, como por exemplo a
água do mar ou soluções ácidas.
Vários são os fatores que determinam a criação e distribuição de
regiões anódicas e catódicas na superfície do metal. A existência
de diferenças de composição química, de microestrutura, de
concentração e velocidade de eletrólitos, de tensões residuais,
dentre outras, determinam a formação de regiões catódicas ou
anódicas.
Dois pontos importantes devem ser ressaltados:
1.Para que a corrosão do aço carbono aconteça, é necessária a
presença simultânea de água e oxigênio. Na ausência de um
deles, a corrosão não acontecerá.
2.Toda a corrosão acontecerá no anodo, assim sendo, o catodo
não sofre ataque corrosivo.
Quadro Descritivo
Catodos e anodos são
distribuídos aleatóriamente
por toda a superfície metálica
e conectados elétricamente
pelo substrato de aço. Íons
ferrosos e hidroxilas são
formados 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 se tornam
anódicas, e toda a
superfície acaba se
corroendo de modo
uniforme.
14
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
2.1 - Dois Tipos Importantes de Ataque
2.1.1 - Corrosão Uniforme
A corrosão uniforme é o fenômeno de corrosão mais importante,
comum, simples e conhecido. Ela acontece em um ambiente
homogêneo (na ausência de um gradiente de temperatura, de
pressão ou de concentração ao longo da interface) e se refere à
perda de massa generalizada por toda a superfície metálica.
Aços-carbono e as ligas de cobre são bons exemplos de
materiais que podem sofrer este tipo de ataque.
A velocidade de corrosão uniforme é em geral expressa em
termos de perda de massa por unidade de superfície e por
unidade de tempo ou pela perda de espessura de metal corroído
em função do tempo.
Como visto anteriormente, o mecanismo intrínseco da corrosão
uniforme envolve a existência simultânea de duas reações
eletroquímicas (anódica e catódica) uniformemente distribuídas
pela superfície do metal.
A corrosão atmosférica é a forma mais comum de ataque
generalizado e é, certamente, a que envolve os maiores esforços
para sua prevenção.
Corrosão Atmosférica
15
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
2.1.2 - Corrosão Galvânica
A corrosão galvânica é uma outra forma bastante comum de
corrosão em meio aquoso e pode ocorrer quando dois metais
diferentes são conectados eletricamente em um mesmo líquido
condutor de eletricidade (eletrólito), formando uma pilha.
Enquanto um dos metais cede elétrons ao outro e se corrói
(anodo), o outro metal fica protegido, e não sofre ataque
(catodo).
Vários fatores determinam a existência potencial da corrosão
galvânica: a diferença de potencial eletroquímico num dado meio
particular, a existência de eletrólito (por exemplo chuvas ácidas
contendo dióxido de enxofre, típicas de ambientes industriais e
centros urbanos), a existência de conexão elétrica entre os
metais e a razão de áreas entre os metais em questão.
Corrosão Atmosférica
e_
e_
catodo
anodo
eletrólito
Diferentes metais e ligas podem ser ordenados com respeito
à resistência frente à corrosão em um dado meio particular.
Estas tabelas, conhecidas como séries galvânicas, são obtidas
experimentalmente. O quadro descritivo reproduzido na próxima
página foi construído utilizando-se como eletrólito a água do mar
o
mantida a 25 C.
Metais situados no topo do quadro se corroem quando
conectados àqueles situados na base desta e imersos em um
mesmo eletrólito. Enquanto os primeiros se corroem de modo
pronunciado, os últimos são protegidos eletroquimicamente.
16
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
O ordenamento dos metais varia com o eletrólito, mas, de modo
geral, as mudanças são pequenas, e o quadro pode ser usado
em variadas atmosferas.
Por exemplo, a união de duas chapas de aço inoxidável por
intermédio de um parafuso de aço carbono poderá causar uma
rápida deterioração no parafuso.
Como é, por muitas vezes, impossível eliminar o eletrólito e o
contato elétrico entre metais diferentes, a melhor maneira de se
evitar este tipo de ataque é através de pintura. Além disso, tintas
anticorrosivas possuem pigmentos que modificam o eletrólito que
porventura permeia a camada de tinta, minimizando em muito a
corrosão metálica. Outra forma usual de proteção é feita através
da utilização, onde possível, de fitas adesivas especialmente
desenvolvidas para a minimização de efeitos galvânicos.
Para que a corrosão galvânica ocorra é necessário que existam
três condições concomitantes:
1.Metais diferentes,
2.Presença de eletrólito,
3.Contato elétrico entre os dois metais.
Se uma das três condições não ocorrer, não haverá
corrosão galvânica.
Quadro Descritivo
ANÓDICO
(MAIS SUSCEPTÍVEL À CORROSÃO)
Magnésio e suas ligas
Zinco
Aço galvanizado
Alumínio
Cádmio
Ferro fundido
Chumbo
Latões
Bronzes
Cobre
Ligas cobre-niquel
Aço inoxidável, tipo 410
Aço inoxidável, tipo 304
Aço inoxidável, tipo 316
Titânio
O metal
situado no
topo da tabela
corrói,
protegendo o metal
situado na
base desta.
CATÓDICO
(MAIS RESISTENTE À CORROSÃO)
17
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Corrosão Galvânica: Todo o
conjunto é feito em aço
patinável, menos uma arruela,
que sofre intenso ataque.
O corrimão de aço inoxidável
está preso ao suporte de aço
carbono. O conjunto está
localizado dentro de um túnel
(não há água condensada
presente).
Não há corrosão galvânica.
O corrimão exposto ao tempo
apresenta corrosão no aço
carbono. A existência de
eletrólito propicia corrosão
galvânica.
18
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
3
AÇOS PATINÁVEIS
3 - AÇOS PATINÁVEIS
Todos os aços contêm pequenas quantidades de elementos de
liga, tais como carbono, manganês, silício, fósforo e enxofre, seja
porque estes integravam as matérias-primas (minérios e coque)
com que foram fabricados, seja porque lhes foram
deliberadamente adicionados, para lhes conferirem determinadas
propriedades. De modo geral, as adições são pequenas, de no
máximo 0,5 a 0,7% da massa total do metal, proporção em que
tais elementos não tem qualquer efeito apreciável sobre a
resistência deste à corrosão atmosférica. As pequenas variações
de composição que inevitavelmente ocorrem durante o processo
de fabricação do metal tampouco afetam significativamente suas
características.
Entretanto, existem exceções. Sabe-se há mais de 80 anos, por
exemplo, que a adição de pequenas quantidades de cobre,
fósforo e outros elementos tem um efeito benéfico sobre os aços,
reduzindo a velocidade em que são corroídos, quando expostos
ao ar. Mas o grande estímulo ao emprego de aços enriquecidos
com esses elementos foi dado pela companhia norte-americana
United States Steel Corporation que, no início da década de
1930, desenvolveu um aço cujo nome comercial era Cor-Ten.
O que distinguia o novo produto dos aços comuns, no que diz
respeito à resistência à corrosão, era o fato de que, sob certas
condições ambientais de exposição, ele podia desenvolver em
sua superfície uma película de óxidos aderentes e protetores,
chamada de pátina*, que atuava reduzindo a velocidade do
ataque dos agentes corrosivos presentes no meio ambiente.
Enquadrados nas normas norte-americanas ASTM A 242,
A 588 e A 709, que especificam limites de composição química
e propriedades mecânicas, estes aços tem sido utilizados no
mundo todo na construção de pontes, viadutos, edifícios, silos,
torres de transmissão de energia, etc.
3.1 - Formação da Pátina Protetora
A formação da pátina protetora depende de vários fatores, tais
como o grau de poluição atmosférica, a frequência dos ciclos
de umedecimento e secagem, da orientação espacial, etc.
*O termo patinável se refere ao aço que tem a capacidade de desenvolver, sob certas condições de exposição, uma
camada de óxidos protetores na sua superfície. Pátina é o nome da camada de cor esverdeada que se forma sobre o
cobre ou bronze após longa exposição atmosférica, e que protege o substrato da corrosão, dificultando o acesso do
oxigênio e da água.
21
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
3.2 - Precauções e Limitações
Os seguintes pontos devem ser observados para a maximização dos
benefícios proporcionados pelos aços patináveis. Evite:
• Contato com superfícies que absorvam água, como o
concreto.
• Condições de umedecimento prolongados. Diferentes
estruturas do mesmo aço dispostas lado a lado podem ser
atacadas de maneira distinta. Esse fenômeno é atribuído à
influência de seções abertas/fechadas, drenagem correta das
águas de chuva e outros fatores que atuam diretamente sobre
os ciclos de umedecimento e secagem. Assim, por exemplo,
sob condições de contínuo molhamento, determinadas por
secagem insatisfatória, a formação da pátina fica gravemente
prejudicada. Em muitas destas situações, a velocidade de
corrosão do aço patinável é semelhante àquela encontrada
para os aços carbono comuns. Exemplos incluem aços
patináveis imersos em água, enterrados no solo ou recobertos
por vegetação. Regiões particulares tais como juntas de
expansão, articulações e regiões superpostas tem
comportamento crítico quanto à corrosão, tal como ocorre com
os aços carbono tradicionais.
• Utilizar estes aços enterrados no solo sem proteção.
• Contato com metais diferentes. Os elementos de ligação
(chapas, parafusos, porcas arruelas, rebites, etc.) devem
apresentar não só resistência mecânica compatível com o aço
patinável, mas também compatibilidade de composição
química, para minimizar a formação de células galvânicas.
Todos os parafusos, porcas e arruelas devem obedecer a
composição química descrita na norma ASTM A 325 Tipo 3,
Grau A, ou equivalente.
• Os cordões de solda produzidos na soldagem dos aços
patináveis devem possuir composição química semelhante à
dos aços patináveis, evitando a formação de pares galvânicos.
Para soldagem de múltiplos passes, pode-se utilizar eletrodo
de composição química especial nos dois últimos filetes que
ficam, efetivamente, em contato com a atmosfera. Para passe
simples (1 cordão), pode-se utilizar eletrodo convencional, uma
vez que a diluição na poça de fusão dos elementos
formadores da pátina é, em geral, suficiente para garantir a
proteção contra corrosão no cordão de solda.
22
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
• Ambientes agressivos. Enquanto a presença de dióxido de
enxofre, até certos limites, favorece o desenvolvimento da
pátina, o cloreto de sódio em suspensão nas atmosferas
marinhas prejudica suas propriedades protetoras. Não se
recomenda a utilização de aços patináveis não protegidos em
ambientes industriais onde a concentração de dióxido de
3
enxofre atmosférico seja superior a 250µg/m , e em
atmosferas marinhas onde a taxa de deposição de cloretos
2
exceda 300mg/m /dia.
Alguns cuidados especiais devem ser tomados na utilização dos
aços patináveis sem revestimento, tais como: (1)-a carepa de
laminação deve ser eliminada através de jateamento com
granalha ou areia para proporcionar um desenvolvimento
uniforme e mais rápido da pátina protetora, (2)-elementos
enterrados no solo devem ser pintados, (3)-interfaces entre o aço
e o concreto devem ser selados com selantes apropriados
(epoxídicos, poliuretânicos ou à base de silicones).
A tabela abaixo reúne algumas diferenças marcantes entre os
aços patináveis e aços de alta resistência mecânica.
AÇO PATINÁVEL
Ex. ASTM A 588 Grau K
Pintura
É aconselhável o jateamento da superfície, idependente da
utilização ou não de pintura.
AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA
Ex. ASTM A 572 Grau 50
Requer tratamento de superfície e pintura adequadas à cada
tipo de ambiente.
A pintura é dispensável em atmosferas pouco agressivas,
onde a pátima é formada com facilidade.
A pintura é indispensável onde a concentração de dióxido de
3
enxofre atmosférico é superior a 250 µg/m , onde a taxa de
2
deposição de cloretos é superior a 300 mg/m / dia ou onde
houver acúmulo permanente de líquidos.
Ligações
Elementos
enterrados
no solo
Elementos de ligações (chapas, parafusos, porcas, etc.)
devem ter compatibilidade química com o aço patinável.
Utilizar parafusos do tipo ASTM A 325 Tipo 3, Grau A, ou
equivalente. Parafusos zincados devem ser evitados.
Utilizar parafusos do tipo ASTM A 325 Tipo 1.
Parafusos zincados devem ser evitados.
Os cordões de solda devem possuir composição química
semelhante à dos aços patináveis, evitando a formação de
pares galvânicos. Utilizar, em soldagem com arco elétrico
os eletrodos E 7018 W ou E 7018 G (eletrodo revestido),
ER 8018 S-G (MIG/MAG), F 7AO-EW (arco submerso)
e E 71T8 Ni1 ou E 80T1 W (eletrodo tubular).
Para soldagem de múltiplos passes, pode-se utilizar
eletrodos de composição química especial nos dois últimos
filetes, que ficam, efetivamente, em contato com a atmosfera.
Para passe simples (1 cordão), pode-se utilizar eletrodos
convencionais (haverá diluição na poça de fusão).
Utilizar, em soldagem com arco elétrico os eletrodos E 7018
(eletrodo revestido), ER 70 S6 (MIG/MAG), F 7AO EM12K
(arco submerso) e E 70T-1, E 71-T1 ou E 70T-4
(eletrodo tubular).
Deverão ser pintados.
Deverão ser pintados.
23
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
4
A CORROSÃO
ATMOSFÉRICA
DO AÇO
4 - A CORROSÃO ATMOSFÉRICA DO AÇO
A corrosão atmosférica pode ser considerada como sendo um
processo descontínuo, onde o efeito acumulado da corrosão é
função do tempo no qual a superfície metálica está recoberta por
eletrólitos (tempo de umedecimento) e da velocidade média de
corrosão durante estes períodos em que a superfície está
umedecida.
Assim, a extensão do ataque depende das condições climáticas
do local de exposição, e é função da umidade relativa da
atmosfera, da direção e freqüência da chuva, da neblina, do
orvalho, da temperatura do ar e da superfície metálica, da
velocidade dos ventos, da quantidade de horas de insolação e
dos poluentes presentes na atmosfera.
4.1 - Pricipais Fatores da Corrosão Atmosférica
Tempo de Umedecimento
Corresponde à fração do tempo durante a qual a superfície
metálica fica recoberta por uma película de água (como a chuva
e o orvalho), que possibilita a existência da corrosão atmosférica.
Assim, o aço não pintado, quando exposto em ambientes secos,
não apresenta corrosão.
Poluição Atmosférica
Cloretos
Presentes em ambientes marinhos, cloretos são depositados na
forma de pequenas gotas ou cristais formados pela evaporação
das gotículas carregadas pelo vento que vem do mar. A
deposição dos sais (por conseguinte, a agressividade) decresce
de forma acentuada com o aumento da distância da linha
costeira; a maior parte dos cloretos fica retida por decantação ou
filtragem pela vegetação nos primeiros 5 km continente adentro.
A tabela a seguir, contendo dados obtidos pelo autor, mostra
alguns valores típicos da velocidade média de corrosão para
diversos ambientes.
27
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
LOCAL
VELOCIDADE MÉDIA
AMBIENTE
µm/ano
Sorocaba, SP, Brasil
Rural
15
Brasília, DF, Brasil
Urbana
9
São Paulo, SP, Brasil
Urbana
40
Cubatão, SP, Brasil
Industrial
61
Santo André, SP, Brasil
Industrial
69
Praia Grande, SP, Brasil
Marinho
171
Arraial do Cabo, RJ, Brasil
Marinho
126
Nota: 1 µm (1 mícron) = 0,001 mm
Sulfatos
O gás dióxido de enxofre é gerado pela queima de combustíveis
fósseis, tais como o carvão e derivados de petróleo, e pela
atividade vulcânica. Solubilizado nas águas da chuva e no
orvalho, forma ácido sulfúrico devido à presença (catalítica) de
ferrugem ou íon ferroso na superfície metálica:
SO2 + H2O + ½O2
H2SO4
Ambientes industriais são importantes fontes de SO2.
ATMOSFERA MAIS CORROSIVA
Altos níveis de poluição, especialmente dióxido de
enxofre, cloretos e particulados.
ATMOSFERA MENOS CORROSIVA
Baixos níveis de poluição.
Altos níveis de umidade persistente.
Pouca chuva com baixa umidade ou chuvas pesadas
frequentes.
Temperaturas moderadas a altas com umidades
moderadas a altas e/ou condensação.
Temperaturas baixas, especialmente longos períodos
abaixo de 0ºC.
Deposição frequente de particulas oceânicas
(maresia) e pouca chuva.
Temperaturas altas com baixa umidade.
Regiões abrigadas expostas ao sal e poluentes
corrosivos.
A predição do desempenho do aço carbono em um dado
ambiente é tarefa extremamente complexa, pois depende de
muitos fatores, tais como a condição inicial de exposição, massa
da amostra e orientação, velocidade do vento, condição de
abrigo, natureza dos produtos de corrosão e poluentes não
medidos. É, de fato, o "microclima" a que o aço está exposto que
determina a sua velocidade de corrosão.
28
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
5
COMO PREVENIR
A CORROSÃO
5 - COMO PREVENIR A CORROSÃO
5.1 - A Prevenção Começa na Etapa de Projeto
O principal objetivo do engenheiro e do arquiteto é fornecer à
obra um projeto adequado com respeito à função, fabricação e
resistência mecânica. Muitas construções estarão localizadas em
regiões onde o ambiente é mais agressivo, o que significa
atenção às medidas de proteção. Como o custo do controle da
corrosão é muito dependente do seu projeto, o engenheiro deve
sempre incluir o aspecto da prevenção da corrosão em seu
trabalho.
De modo geral, é difícil proteger uma estrutura metálica através
da pintura (ou outro tratamento de superfície) se ela for
inadequadamente projetada sob o ponto de vista da corrosão.
O meio mais eficiente e barato de evitar a corrosão é projetar
corretamente a obra, não favorecendo o ataque corrosivo.
Uma construção econômica é aquela que apresenta os menores
custos totais ao longo de sua vida. Custos de manutenção,
particularmente a pintura de manutenção, constituem parte
importante do custo total. Assim, a construção mais barata pode
não ser a mais econômica.
As figuras a seguir fornecem certo número de exemplos válidos
para os engenheiros e arquitetos que projetam edifícios.
Simplifique as Formas!
Quanto mais simples a forma dada à construção, maiores as
chances de que uma boa proteção frente à corrosão seja
alcançada.
31
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
PROBLEMA
SOLUÇÃO O TÍPICA
PROBLEMA
SOLUÇÃO TÍPICA
UMIDADE E SUJEIRA
PODEM SE ACUMULAR
NA FENDA
UTILIZE PERFIL T OU
OUTRA GEOMETRIA
UMIDADE PENETRA NA
FENDA
UTILIZE CORDÃO DE
SOLDA OU SELANTE
CORROSÃO POTENCIAL
(FRESTA)
ELIMINE A FENDA POR
SOLDAGEM OU SELANTE
(EPOXI OU POLIURETANO)
CONDIÇÃO DESFAVORÁVEL
CONDIÇÃO FAVORÁVEL
CANTOS VIVOS E SOLDA
DESCONTÍNUA
CANTOS ARREDONDADOS E
SOLDA CONTÍNUA
REFORÇOS CRIAM
ACÚMULO DE ÁGUA E
SUJEIRA
ELIMINE O ACÚMULO
DE ÁGUA E SUJEIRA
CUIDADO COM O ACÚMULO
DE ÁGUA E SUJEIRA
CRIE SITUAÇÕES QUE
EVITEM O ACÚMULO DE
SUJEIRA E ÁGUA
32
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
5.2 - Evite Umidade Residual
Como já visto anteriormente, a corrosão não ocorre na ausência
de umidade. Uma das tarefas mais importantes do engenheiro
será a de garantir que a construção esteja protegida da umidade
tanto quanto possível. Os perfis devem ser dispostos de modo
que a umidade não fique retida e que a construção possa ser
devidamente pintada. Evite a criação de cavidades; juntas
parafusadas são preferíveis às soldadas em campo, que
necessitam de controle e testes. Deve-se criar condições para
que, uma vez que a umidade tenha se depositado, possa secar.
PROBLEMA
SOLUÇÃO O TÍPICA
UMIDADE E SUJEIRA
PODEM SE ACUMULAR
NA FENDA
USE SELANTE PARA
DIFICULTAR O INGRESSO
DA ÁGUA
A CHAPA DE BASE
E OS CHUMBADORES
NO NÍVEL DO SOLO
RESULTA EM
RETENÇÃO DE ÁGUA
A CHAPA DE BASE
ACIMA DO SOLO,
SOBRE BASE DE CONCRETO
PROMOVE A PROTEÇÃO.
INCLINAÇÃO PARA A
DRENAGEM DA ÁGUA
PROBLEMA
ÁGUA
RETIDA
SOLUÇÃO TÍPICA
NÃO ACUMULA
ÁGUA
SOLDA NA BASE
CRIA FRESTA
SOLDE O TOPO DA JUNTA
ENRIJECEDORES IMPEDEM
A DRENAGEM
DEIXE FURO PARA A
DRENAGEM
CRIAÇÃO DE FRESTA
ELIMINAÇÃO DE FRESTA
33
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A água fica coletada aqui.
A água fica coletada aqui.
A água fica coletada aqui.
34
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
5.3 - Considere o Risco da Corrosão Galvânica
Para que ocorra o efeito galvânico, as seguintes condições
devem ser preenchidas:
• Os metais devem estar distantes na série eletroquímica,
• Os metais devem estar em contato direto um com o outro,
• Ambos os metais devem estar em contato com a mesma
solução eletrolítica,
• A solução deve conter oxigênio dissolvido (ou ácido), para a
manutenção do processo catódico.
É função do projetista fazer com que pelo menos uma destas
condições não ocorra. Sempre que possível, diferentes metais e
ligas não devem ser unidos diretamente, principalmente se
estiverem situados em locais diferentes na série galvânica (veja
quadro abaixo). Os efeitos galvânicos podem ser esperados se a
diferença de potencial entre os metais for superior a 0,05V*. O
método mais comum de controle da corrosão galvânica é o da
colocação de um isolante elétrico entre os dois metais. Deve-se
ressaltar que o isolante não deve ser poroso, pois poderia
acarretar corrosão por frestas.
Parafusos, arruelas, porcas e rebites são sensíveis à corrosão
por terem composição química diferente da dos aços que unem,
e, assim podem propiciar a formação de pares galvânicos. A
escolha correta destes componentes minimizará em muito este
tipo de problema.
Série Galvânica em Água Mar (25º)
ANÓDIO
(MAIS SUSCEPTÍVEL À CORROSÃO)
Magnésio e suas ligas
Zinco
Aço galvanizado
Alumínio
Cádmio
Ferro fundido
Chumbo
Latões
Bronzes
Cobre
Ligas cobre-niquel
Aço inoxidável, tipo 410
Aço inoxidável, tipo 304
Aço inoxidável, tipo 316
Titânio
CATÓDICO
(MAIS RESISTENTE À CORROSÃO)
*Esta diferença de potencial pode ser medida experimentalmente mergulhando-se, num mesmo eletrólito, os dois metais e
medindo-se a tensão existente entre eles com o auxílio de um multímetro.
35
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Quadro Descritivo
Parafuso
Fresta
Rebite
Solda
Porca
Fresta
Utilize sempre eletrodos, porcas, arruelas e parafusos de
especificação compatível com seu material. A tabela abaixo
fornece a especificação genérica de parafusos para a união de
aços ASTM A 36, ASTM A 572 e ASTM A 588. Observe que,
quando a obra empregar aços resistentes à corrosão (ASTM
A 588), deve-se empregar parafusos que tenham essas mesmas
características. Não se recomenda a utilização de parafusos e
porcas galvanizadas sem pintura em estruturas de aço carbono
comum ou patináveis expostos à atmosfera ou sob condições de
condensação de umidade. A diferença de potencial eletroquímico
entre o revestimento de zinco e o aço pode ocasionar uma
corrosão acelerada da camada de zinco.
AÇO
ESPECIFICAÇÃO
ASTM A 36
ASTM A 307
41,5 kN/cm
ASTM A 572
ASTM A 325
TIPO 1
82,5 kN/cm2 para diâmetro < 25,4 mm
72,5 kN/cm2 para diâmetro < 25,4 mm
ASTM A 572
ASTM A 325
TIPO 3
82,5 kN/cm2 para diâmetro < 25,4 mm
2
72,5 kN/cm para diâmetro < 25,4 mm
RESISTÊNCIA À RUPTURA (fW)
2
36
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Frestas, cordões de solda e uniões parafusadas são regiões
particulares da estrutura que merecem atenção especial. A
fotografia abaixo ilustra uma fresta.
Frestas promovem a
corrosão.
5.4 - Soldagem
Melhor será a soldagem quanto menor a quantidade de bolsões
e fissuras. Não deverá haver escória superficial, pois ela
propiciará o desenvolvimento da corrosão sob a camada de
tinta*. É muito comum que o eletrodo tenha uma composição
diferente da liga que está sendo soldada, pois este é aplicado a
grandes grupos de aços similares. Isto pode acarretar uma
diferença de potencial (nem sempre desprezível) entre o metal
de solda e o metal base. As considerações feitas para a corrosão
galvânica entre metais diferentes se aplicam integralmente à esta
situação.
O processo de resfriamento do cordão de solda também pode
resultar em diferenças de potencial devido às diferenças de
tratamento térmico entre o metal de solda e o metal base.
Através da seleção de um eletrodo que seja um pouco mais
nobre que o metal de base podemos obter uma combinação
favorável de pequenos catodos (o cordão de solda) e grandes
anodos (o metal de base). Muitos dos problemas são eliminados,
deste modo, particularmente em eletrólitos de alta condutividade:
a corrosão do metal de base será distribuída por uma área muito
maior do que a área (protegida galvanicamente) do cordão de
solda (que não corroerá).
*As escórias são compostas, de modo geral, de materiais higroscópicos que, através do fenômeno da osmose, bombeiam
moléculas de água através da camada de tinta, favorecendo em muito o processo da corrosão.
37
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Sempre que possível, essas regiões devem ser jateadas, ou pelo
menos alisadas com discos abrasivos ou esmeril. A tinta deve
ser esfregada cuidadosamente com pincel, antes de cada demão
normal ser aplicada, produzindo um reforço de pintura.
A fotografia abaixo mostra a necessidade, na etapa de construção da estrutura, de um reforço de pintura nos cordões de solda.
Construção da estrutura.
Cordões de solda.
Este reforço de dá antes da aplicação da tinta de fundo, e é feito
através da pintura detalhada, com pincel, das áreas envolvidas
na soldagem, com um primer contendo pigmentos anticorrosivos.
Frestas devem ser eliminadas sempre que possível, pois
acumulam eletrólitos e impedem o preparo de superfície, a
pintura inicial e a manutenção posterior. Soldas devem ser
contínuas, evitando a criação de "bolsões" de acúmulo de
eletrólitos.
Frestas devem ser eliminadas.
Soldas devem ser contínuas.
38
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Corrosão nas frestas.
5.5 - Preparo de Superfície
O aquecimento do aço carbono a temperaturas situadas entre
o
o
575 C e 1370 C provoca a formação de uma camada de óxidos
denominada carepa de laminação. Esta película é formada por
três camadas de óxidos sobrepostos: wustita (FeO), magnetita
(Fe3O4) e hematita (Fe2O3).
Placas, tarugos, blocos, chapas, perfis e outros produtos
conformados de aço são laminados em temperaturas pouco
o
superiores a 1000 C. A carepa formada é uma película cinzaazulada, muito dura, que recobre completamente o aço. A
espessura da carepa pode variar de 10 µm a 1000 µm. Devido
ao fato de que a carepa possui coeficiente de dilatação diferente
daquele do aço, ela acaba se trincando durante os ciclos de
aquecimento e resfriamento, permitindo a penetração de água e
oxigênio. A presença de eletrólitos causa a formação de uma
pilha, onde o metal é oxidado e a reação de redução do oxigênio
acontece sobre a carepa. Depois de algum tempo de ataque, a
ferrugem progride por baixo da carepa, expulsando-a da
superfície do aço.
Quadro Descritivo
39
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A seqüência abaixo mostra a evolução típica da degradação da
carepa, causada pela corrosão do substrato metálico.
Quadro Descritivo
O
2
Aço revestido pela carepa
é esposto ao tempo.
HO
2
A carepa possui coeficiente
de dilatação diferente do aço.
Dilatação e contração constantes
provocam seu fissuramento.
O oxigênio e a água entram
pelas fissuras e provocam o
aparecimento de uma pilha
galvânica aço/carepa.
A carepa é mais nobre do que
o aço, que se corrói. O produto
de corrosão (a ferrugem) se
expande e empurra a carepa
para fora da superfície do
metal.
A carepa, como visto, não protege o aço da corrosão
atmosférica. Ela precisa ser removida antes de se iniciar o
processo de pintura, pois uma vez trincada, ela reterá os
constituintes necessários ao processo corrosivo. A pintura sobre
a carepa não evitará que o processo de corrosão continue. A
ferrugem se expandirá e terminará com a ruptura da película de
tinta.
Além da carepa de laminação, outros contaminantes presentes
prejudicarão a aderência das tintas, tais como pós, ferrugem,
terra, óleos, graxas, suor e sais.
A necessidade de grau mínimo de limpeza superficial varia de
acordo com o tipo de tinta a ser aplicada e com as condições a
que estas ficarão expostas.
A norma mais citada e empregada no Brasil para a preparação
da superfície do aço é a Norma Sueca SIS 05 59 00-1967 "Graus
de Enferrujamento da Superfície de Aço Laminado a Quente e
Graus de Preparo destas Superfícies para Aplicação de
Revestimentos Anticorrosivos".
Esta norma foi elaborada pelo Instituto Sueco de Corrosão, de
acordo com o American Society for Testing and Materials (ASTM)
e o Steel Structures Paint Council (SSPC), dos EUA.
40
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Os padrões de grau de corrosão são definidos através de
fotografias do estado de intemperismo em que o aço se encontra
para pintura:
• A - superfície com carepa de laminação ainda intacta.
• B - supefície com carepa de laminação se destacando e com
presença de ferrugem.
• C - superfície com corrosão generalizada e sem carepa.
• D - superfície com corrosão generalizada e com pontos
profundos de corrosão (pites).
Os padrões de grau de limpeza também são definidos através de
fotografias do estado em que as superfícies ficam após o
tratamento de limpeza:
• St 2: Limpeza manual, executada com ferramentas manuais
como escovas, raspadores, lixas e palhas de aço.
• St 3: Limpeza mecânica executada com ferramentas
mecanizadas como escovas rotativas pneumáticas ou
elétricas.
• Sa 1: É o jato ligeiro (brush off). A superfície resultante
deverá encontrar-se inteiramente livre de óleos, graxas e
materiais como carepa, tinta e ferrugem soltas. A carepa e a
ferrugem remanescentes poderão permanescer, desde que
firmemente aderidas. O metal deverá ser exposto ao jato
abrasivo por tempo suficiente para provocar a exposição do
metal base em vários pontos da superfície sob a camada de
carepa.
• Sa 2: Chamado de jato comercial. A superfície resultante do
jateamento poderá apresentar manchas e pequenos resíduos
devidos à ferrugem, carepa e tinta. Pelo menos da área
deverá estar isenta de resíduos visíveis, enquanto o restante
será limitado pelas manchas e resíduos.
• Sa 2 ½: Chamado de jato ao metal quase branco. É definida
como superfície livre de óleo, graxa, carepa, ferrugem, tinta e
outros materiais, podendo apresentar pequenas manchas
claras devidas a resíduos de ferrugem, carepa e tinta. Pelo
menos 95% da área deverá estar isenta de resíduos visíveis,
sendo o restante referente aos materiais acima mencionados.
• Sa 3: Conhecido como jato ao metal branco. Após a limpeza,
o aço deverá exibir cor metálica uniforme, branco-acinzentada,
sendo removidos 100% de carepas e ferrugens. A superfície
resultante estará livre de óleos, graxas, carepa, tinta, ferrugem
e de qualquer outro depósito.
41
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A superfície metálica deverá ser previamente lavada com água e
tensoativos neutros, esfregando-se com uma escova de nylon.
Após a lavagem, secar a superfície naturalmente ou com ar
comprimido limpo (isento de óleo) e seco. Esta providência é
necessária, pois as operações de escovamento e jato não
removem óleos, gorduras e sais da superfície.
MÉTODO DE PREPARO
NORMA
NORMA
NORMA
SUECA SIS
055900-67
SSPC
PETROBRÁS
NBR
ISO
8501-1
NORMA
NORMA
NACE
RM-01-70
BS
BS-4232-67
Com ferramentas mecânicas
Limpeza manual
St 2
SSPC-SP2
N-6
7346
St 2
Limpeza motorizada
St 3
SSPC-SP3
N-7
7347
St 3
Com jato abrasivo
N-9
Ligeiro (Brush-off)
Sa 1
SSPC-SP7
Sa 1
7348
Sa 1
NACE-4
Brush-off
Comercial
Sa 2
SSPC-SP6
Sa 2
7348
Sa 2
NACE-3
3_CLASSE
SSPC-SP10 Sa 2 ½
7348
Sa 2 ½
NACE-2
2_CLASSE
SSPC-SP5
Sa 3
7348
Sa 3
NACE-1
1_CLASSE
Limpeza com solventes
SSPC-SP1
N-5
Limpeza a fogo
SSPC-SP4
Decapagem química
SSPC-SP8
Intemperismo e jato abrasivo
SSPC-SP9
Metal quase branco
Metal branco
Sa 2 ½
Sa 3
a
a
a
Outros métodos
N-11
O método do jateamento é muito empregado na pintura
industrial, sendo também muito comum nos fabricantes de
estruturas metálicas. Ela é feita através do impacto de partículas,
geralmente abrasivas, impelidas a alta velocidade contra a
superfície a ser limpa. Esta técnica possui duas grandes
vantagens:
• Elimina todas as impurezas superficiais, permitindo o contato
do revestimento com o substrato,
• Confere rugosidade à superfície, permitindo a ancoragem do
revestimento.
Diversos materiais podem ser utilizados como abrasivos: areia,
granalha de aço (esférica e angular), vidro, ferro fundido e
outros.
42
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A areia é o agente abrasivo mais utilizado em campo, onde o
jateamento é feito a céu aberto e não há preocupação em se
recuperar o abrasivo (a areia é utilizada no máximo 2 vezes). A
areia promove o melhor tipo de rugosidade para a ancoragem,
pois tem ação simultânea de corte e impacto. A areia deve
produzir uma rugosidade no metal que corresponda a cerca de ¼
a da espessura total da película seca do revestimento.
A granalha é normalmente utilizada em cabines fechadas. Ela é
feita de aços especiais, muito duros. O formato de suas
partículas pode ser redondo (shot) ou angular (grit). As redondas
podem ser recicladas até 450 vezes e deixam um perfil bastante
arredondado. As angulares podem ser recicladas até 350 vezes e
deixam um perfil anguloso e irregular.
5.6 - Tintas
A pintura é o principal meio de proteção das estruturas metálicas.
Tintas são suspensões homogêneas de partículas sólidas
(pigmentos) dispersas em um líquido (veículo), em presença de
componentes em menores proporções, chamados de aditivos.
Os pigmentos são pós orgânicos ou inorgânicos finamente
divididos (aprox. 5µm de diâmetro). Em suspensão na tinta
líquida, são aglomerados pela resina após a secagem, formando
uma camada uniforme sobre o substrato. Os pigmentos
promovem a cor, opacidade, coesão e inibição do processo
corrosivo, e também a consistência, a dureza e resistência da
película.
resina
pigmento
matéria não volátil
solvente
veículo
Quadro Descritivo
43
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Os pigmentos anticorrosivos mais utilizados nas tintas de
proteção ao aço carbono são:
• Zarcão. Um dos pigmentos mais antigos utilizados na
proteção do aço, tem coloração laranja. Ele tem características
alcalinas (neutraliza compostos ácidos) e oxidante (íons
solúveis, como o íon ferroso são oxidados a férricos,
insolúveis). O zarcão é tóxico, pois o chumbo é um metal
pesado.
• Fosfato de zinco. É um pigmento que, em contato com
água, dissolve-se parcialmente, liberando os ânions fosfato
que passivam localmente a superfície do aço, formando
fosfatos de ferro.
• Zinco metálico. É utilizado o zinco metálico de alta pureza
disperso em resinas epoxídicas ou etil silicato. As tintas ricas
em zinco são também chamadas de "galvanização a frio", e
conferem proteção catódica ao substrado de aço (o zinco se
corrói, protegendo o aço processo idêntico à proteção
auferida pela galvanização tradicional). Um risco na pintura e
o zinco começará a se corroer, protegendo o aço.
• Cromato de zinco. É um pigmento amarelo, parcialmente
solúvel em água que, assim como o fosfato de zinco, passiva
localmente a superfície do aço, pela precipitação de cromatos
de ferro. Este pigmento é tóxico, pois o cromo é um metal
pesado.
• Óxido de ferro. É um pigmento vermelho que não tem
nenhum mecanismo de proteção anticorrosiva por passivação,
alcalinização ou proteção catódica. Entretanto, por ser sólida e
maciça, a partícula atua como barreira à difusão de espécies
agressivas, como água e oxigênio. Este pigmento é muito
utilizado nas tintas de fundo, não é tóxico, tem bom poder de
tingimento e apresenta boa cobertura.
• Alumínio e outros. O alumínio lamelar e outros pigmentos
também lamelares tais como a mica, talco, óxido de ferro
micáceo e certos caulins atuam pela formação de folhas
microscópicas sobrepostas, constituindo uma barreira que
dificulta a difusão de espécies agressivas. Quanto melhor a
barreira, mais durável será a tinta. A junção de resinas
bastante impermeáveis com pigmentos lamelares oferece uma
ótima barreira contra a penetração dos agentes agressivos.
44
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Os solventes tem por finalidade dissolver a resina e, pela
diminuição da viscosidade, facilitam a aplicação da tinta. Os
solventes mais comuns utilizados em tintas são os líquidos
orgânicos e a água.
Os ligantes mais comuns são as resinas e os óleos, mas também
podem ser inorgânicos, como os silicatos solúveis. Ele tem a
função de envolver as partículas de pigmento e mantê-las unidas
entre si e o substrato. A resina proporciona impermeabilidade,
continuidade e flexibilidade à tinta, além de aderência entre esta
e o substrato. As resinas se solidificam através da simples
evaporação do solvente ou pela polimerização, com ou sem a
intervenção do oxigênio do ar. Em alguns casos, a resina é frágil
e não possui boa aderência. Nestes casos, adicionam-se os
chamados plastificantes, que, não sendo voláteis, permanecem
na película após a secagem.
5.7 - Classificação das Tintas
Como visto anteriormente, as tintas são compostas, de modo
geral, de pigmentos dispersos em um resina particular,
solubilizada em uma mistura de solventes. Assim sendo, como o
número de possibilidades de composição é relativamente
limitado, as tintas podem ser classificadas em grupos que
apresentam semelhanças. As classificações mais comuns das
tintas são feitas pelo tipo de resina empregada ou pigmento
utilizado.
As tintas de fundo, conhecidas como primers, são
costumeiramente classificadas de acordo com o principal
pigmento anticorrosivo participante, enquanto que as tintas
intermediárias e de acabamento são usualmente classificadas de
acordo com a resina empregada, como por exemplo, epoxídicas,
acrílicas, alquídicas, etc.
45
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Os tipos de tintas mais importantes para a proteção do aço
carbono, tendo como classificação o tipo de resina, são:
• Alquídicas. Conhecidas como esmaltes sintéticos, são tintas
monocomponentes de secagem ao ar. São utilizadas em
interiores secos e abrigados, ou em exteriores não poluídos.
Como as resinas utilizadas são saponificáveis, não resistem
ao molhamento constante ou à imersão em água.
• Epoxídicas. São tintas bicomponentes de secagem ao ar. A
cura se dá pela reação química entre os dois componentes. O
componente A é, de modo geral, à base de resina epoxídica, e
o B, o agente de cura, pode ser à base de poliamida,
poliamina ou isocianato alifático. São mais impermeáveis e
mais resistentes aos agentes químicos do que as alquídicas.
Resistem à umidade, imersão em água doce ou salgada,
lubrificantes, combustíveis e diversos produtos químicos. As
epoxídicas à base de água tem a mesma resistência daquelas
formuladas à base de solventes orgânicos. Não são indicadas
para a exposição ao intemperismo (ação do sol e da chuva),
pois desbotam e perdem o brilho (calcinação).
• Poliuretânicas. São tintas bicomponentes em que o
componente A é baseado em resina de poliéster ou resina
acrílica, e o B, o agente de cura, é à base de isocianato
alifático. As tintas poliuretânicas são bastante resistentes ao
intemperismo. Assim, são indicadas para a pintura de
acabamento em estruturas expostas ao tempo. São
compatíveis com primers epoxídicos e resistem por muitos
anos com menor perda da cor e do brilho originais.
• Acrílicas. São tintas monocomponentes à base de solventes
orgânicos ou de água, e, assim como as tintas poliuretânicas,
são indicadas para a pintura de acabamento. São tintas
bastante resistentes à ação do sol.
As tintas de fundo são aplicadas diretamente sobre a superfície
metálica limpa. Sua finalidade é a de promover aderência do
esquema ao substrato, e contém, costumeiramente, pigmentos
inibidores de corrosão. Elas são utilizadas para a proteção dos
aços estruturais, e são classificadas de acordo com os pigmentos
inibidores adicionados em sua composição. Como exemplos,
temos as tintas de fundo à base de fosfato de zinco, de zinco
metálico ou de alumínio.
46
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
As tintas de fundo são formuladas com altos teores de pigmentos
e, por isso, são semibrilhantes ou foscas.
Cada um destes pigmentos inibidores pode ser incorporado em
uma certa variedade de ligantes, gerando, por exemplo, tintas de
fundo alquídicas à base de fosfato de zinco, tintas epoxídicas à
base de fosfato de zinco, etc.
Tintas intermediárias não possuem as mesmas propriedades das
tintas de fundo anticorrosivas, mas auxiliam na proteção,
fornecendo espessura ao sistema de pintura empregado
(proteção por barreira). De modo geral, quanto mais espessa a
camada seca, maior a vida útil do revestimento, assim, várias
demãos poderão ser aplicadas, até que se atinja a espessura
adequada.
Tintas intermediárias e de acabamento são, normalmente,
classificadas de acordo com seus ligantes, como por exemplo as
epoxídicas, vinílicas, poliuretânicas, etc.
As tintas de acabamento tem a função de proteger o sistema
contra o meio ambiente, e também dar a cor e o brilho
adequados. Elas devem ser resistentes ao intemperismo, a
agentes químicos e ter cores estáveis. De modo geral, são tintas
brilhantes com boa resistência à perda de cor e brilho.
As várias camadas de pintura devem, naturalmente, ser
compatíveis entre si. Eles podem pertencer à mesma família ou
podem ser muito diferentes. Uma precaução que sempre deve
ser adotada é a de todas as tintas do sistema devem
preferencialmente pertencer ao mesmo fabricante. Isso
minimizará a possibilidade de ocorrência futura de defeitos tais
como a delaminação (descolamento).
As aditivos melhoram certas propriedades específicas das tintas.
Existem aditivos antinata, secantes, plastificantes, antimofo, antisedimentante, nivelante, tixotrópicos, etc.
Um mesmo aço, pintado com tipos diferentes de tintas, pode
apresentar comportamento muito diferenciado quando exposto ao
mesmo meio agressivo.
47
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Esta diferença pode ser explicada admitindo-se que as tintas
empregadas tenham diferentes mecanismos de ação contra a
corrosão. Estes mecanismos, de maneira geral, são classificados
em:
• Proteção por barreira: A tinta deve ser o mais impermeável
possível e aplicada em espessuras elevadas. Tintas de alta
espessura, chamadas de HB (high build) tem como vantagem
a economia de mão-de-obra para a aplicação. Além das tintas
de alta espessura, as que oferecem melhor proteção por
barreira são as betuminosas e as de alumínio. O
inconveniente da proteção por barreira é que, se houver um
dano à película, a corrosão se alastrará sob a película por
aeração diferencial. Assim, é sempre recomendável que se
utilize tintas de fundo com mecanismos de proteção catódica
ou anódica.
• Proteção anódica: A proteção das regiões anódicas é
proporcionada pelos pigmentos anticorrosivos, todos de
caráter oxidante. A proteção pode ser dada através da
dissolução do pigmento (como o cromato de zinco, que, em
contato com água, libera íons passivantes de cromato) ou por
ação oxidante (o zarcão Pb3O4, p.ex., é um oxidante enérgico
de características alcalinas)
• Proteção catódica: A proteção é dada através da formação
de pares galvânicos entre o aço carbono e partículas de zinco
em pó (são as chamadas tintas ricas em zinco). Nestas, o
zinco se corrói, protegendo o substrato de aço carbono. O teor
mínimo recomendável de zinco na película seca é de 85% (o
contato elétrico é fundamental à manutenção da proteção).
Na elaboração de um sistema de pintura, todos os dados devem
ser considerados, como o ambiente, substrato, preparação de
superfície, tintas, seqüência de aplicação, número de demãos,
espessuras, tipos de aplicação e a que condições de trabalho
estará submetida a superfície.
48
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A tabela abaixo traz alguns exemplos de sistemas de pintura
recomendados para os aços carbono expostos em diferentes
ambientes.
As orientações aqui apresentadas são genéricas, cabendo ao
profissional uma consulta prévia e detalhada com os fabricantes
de tintas e aplicadores.
INTERNO
AMBIENTE
Úmido
Seco
Preparo de superfície
mínimo
Sa 2 ½
St 2, St 3,
Sa 2
Tintas
Tintas de
Acabamento
Espessura total
recomendada (µm)
Epoxi com
pigmentos
anticorrosivos
Epoxi
100-175
Alquídicas
Alquídicas
70-125
EXTERNO
Industrial
Urbano
Rural
Marinho
St 3, Sa 2
St 2, Sa 2
Sa 2 ½
Epoxi com
pigmentos
anticorrosivos
1 demão de
primer e 2 de
acabamento.
Alquídica com
pigmentos
anticorrosivos
2 demãos de
primer e 2 de
acabamento.
Alquídica com
pigmentos
anticorrosivos
1 demão de
primer e 2 de
acabamento.
Epoxi com
pigmentos
anticorrosivos
2 demão de
primer e 2 de
acabamento.
Epoximastic:
2 demãos.
Epoximastic:
1 demãos.
Epoximastic:
1 demãos.
Epoximastic:
2 demãos.
Poliuretânica
ou
Epoximastic
Alquídica ou
Epoximastic
Alquídica ou
Epoximastic
Poliuretânica
250-300
100-175
Sa 2 ½
70-125
250-300
Pigmentos anticorrosivos: Zarcão, cromato de zinco, fosfato de zinco, zinco metálico, silicato de cálcio, etc.
ATENÇÃO: A APLICAÇÃO DE PROTEÇÃO CONTRA A
CORROSÃO DEVE SER ESTUDADA EM CONJUNTO COM A
NECESSIDADE DE PROTEÇÃO FRENTE AO FOGO
(PROTEÇÃO PASSIVA) DA ESTRUTURA. A APLICAÇÃO DE
PROTEÇÃO PASSIVA EM ÁREAS INTERNAS, ONDE NÃO
EXISTA CONDENSAÇÃO DE ÁGUA NÃO REQUER PREPARO
DE SUPERFÍCIE, A NÃO SER A RETIRADA DE CAREPAS E
FERRUGENS SOLTAS, ALÉM DE GRAXAS E ÓLEOS,
QUANDO HOUVER.
49
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
6
PROTEÇÃO
FRENTE AO FOGO:
GENERALIDADES
6 - PROTEÇÃO FRENTE AO FOGO: GENERALIDADES
A maior parte das mortes ocorridas em incêndios de edifícios
ocorre por asfixia, ainda nos primeiros estágios do fogo.
Pesquisas européias tem mostrado que o risco deste tipo de
morte é 30 vezes menor do que nos sistemas de transporte
tradicionais. O risco à vida devido à falha estrutural ocasionada
pelo fogo é ainda menor*.
Mesmo sendo de baixo risco, a proteção à vida humana deve ser
sempre considerada em projetos de edifícios. A principal
finalidade da segurança contra incêndio é reduzir o risco à vida e
minimizar a perda do patrimônio. Um sistema de segurança
contra incêndio apropriado consiste de um conjunto de sistemas
ativos tais como sistemas de detecção, chuveiros automáticos,
extintores, etc., e sistemas passivos, tais como materiais de
proteção térmica, compartimentação e outros.
Vários são os fatores que influenciam a intensidade e a duração
do incêndio. Alguns deles são a carga de incêndio (quantidade e
tipo de material combustível) e sua distribuição no edifício,
ventilação do compartimento, propriedades térmicas de pisos e
paredes, sistemas de detecção de incêndio, existência de
brigada de incêndio, pontos de suprimento de água, chuveiros
automáticos, disponibilidade de extintores de incêndio
adequados, etc...
A principal característica de um incêndio, no que diz respeito ao
estudo das estruturas, é a curva que fornece a temperatura dos
gases em função da progressão do incêndio. Esta curva,
representada abaixo, mostra três regiões distintas:
Velocidade de liberação de calor (k-W)
Quadro Descritivo
Inflamação
Generalizada
Período
de
Crescimento
Temperatura
Máxima
Descaimento
(Esfriamento)
Incêndio
totalmente
desenvolvido
Ignição
Tempo
*V. P. e Silva e R. H. Fakury. "Brazilian Standards for Steel Structures Fire Design", Fire Safety Journal 37, p. 217-227 (2002)
53
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
1. O período de crescimento, no qual a temperatura média do
compartimento é relativamente baixa e o fogo está localizado
próximo à sua origem.
2. O estágio do incêndio totalmente desenvolvido, durante o qual
todos os combustíveis existentes no compartimento estão
queimando, e as chamas preenchem todo o volume do ambiente.
3. O período de decaimento, definido por alguns pesquisadores
como sendo o estágio do incêndio quando a temperatura média
caiu a 80% do seu valor de pico (a temperatura máxima).
Conhecendo-se esta curva, é possível calcular a temperatura
atingida pelos componentes estruturais e sua correspondente
resistência àquela temperatura. Se medidas de proteção ativa
contra incêndio não forem eficientes para a extinção do incêndio
durante a fase posterior à inflamação generalizada, deve-se
considerar o efeito da ação térmica, ou seja, a redução da
resistência dos elementos estruturais. A curva do incêndio real é
de difícil delineamento experimental, pois é função de muitos
parâmetros (carga de incêndio, ventilação, fator de forma dos
componentes metálicos, etc.). Assim sendo, adotou-se, por
convenção, uma curva padronizada (a curva do incêndio padrão)
como modelo para a análise experimental de estruturas e
materiais em fornos laboratoriais. As principais normas
internacionais que tratam de ensaios de resistência frente ao
fogo são a LPS 1107 "Requirements, Tests and Methods of
Assessment of Passive Fire Protection Systems for Structural
Steelwork", a BS 476 "Fire Tests on Building Materials and
Structures", ISO 834 "Fire-resistance Tests Elements of Building
Construction" e ASTM E 119 "Standard Test Methods for Fire
Tests of Building Construction and Materials"*.
É importante ressaltar que estes modelos de ensaio não
representam um incêndio real, assim sendo, seus resultados
devem ser analisados com cuidado.
* Loss Prevention Standard. "Requirements, Tests and Methods of Assessment of Passive Fire Protection Systems for
Structural Steelwork". LPS 1107 : Issue 1: 20.10.87, BRE/Garston, 1987.
* British Standards Institution. "Fire Tests on Building Materials and Structures". BS 476 :Part 8 : 1972, London, UK, 1972.
*International Standardization for Organization. "Fire-resistance Tests Elements of Building Construction". ISO 834, Genève,
Swiss, 1994.
*American Society for Testing and Materials. "Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials".
E119, West Conshohocken, USA, 2000
54
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A figura abaixo mostra a curva de um incêndio real confrontada
com a curva do incêndio padrão conforme ISO 834. A
característica principal das normas acima mencionadas é que
elas tem somente um ramo ascendente, admitindo portanto que
a temperatura dos gases seja sempre crescente com o tempo e,
além disso, independente das características do ambiente e da
carga de incêndio.
Quadro Descritivo
Temperatura
Curva do
icêndio
padrão
(ISO 834)
Curva do
icêndio
NATURAL
Tempo
A curva de incêndio padrão descrita pela Norma ISO 834 é
dada pela equação:
T = 345 log(8t+1) + To
Onde T é a temperatura dos gases (oC), t é o tempo (minutos) e
To é a temperatura no instante t=0, geralmente admitida 20oC.
A temperatura do aço é inferior à temperatura dos gases quentes
existentes na atmosfera do forno. Essa temperatura pode ser
medida experimentalmente (inserindo termopares na estrutura)
ou através de métodos analíticos, como o recomendado pela
NBR 14323 "Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios
em Situação de Incêndio Procedimento".
Associação Brasileira de Normas Técnicas. "Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em
Situação de Incêndio Procedimento". NBR 14323, Rio de Janeiro, 1999.
55
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A figura abaixo ilustra o avanço da temperatura no forno, no aço
desprotegido e no aço protegido.
Temperatura
Quadro Descritivo
ISO 834
T = 345log(8t+1) + To
Aço sem proteção
térmica
Aço com proteção
térmica
Tempo
Todos os materiais estruturais perdem progressivamente sua
resistência e rigidez quando aquecidos.
Esta mudança de propriedades acontece tanto para o aço
carbono quanto para o concreto, que são elementos estruturais
básicos na concepção estrutural. Como exemplo, o aço estrutural
o
o
mantém, a 550 C, cerca de 60% da sua resistência à 20 C.
Assim sendo, se constituintes de uma estrutura forem aquecidos
o suficiente, eles poderão entrar em colapso.
As conseqüências desta falha dependerão da importância destes
componentes no controle do comportamento geral da estrutura.
Enquanto que a falha de uma coluna situada na base de um
edifício pode levar ao colapso de todo um conjunto, a falha de
uma viga secundária pode resultar em um dano mínimo, pois as
cargas serão transferidas para outros componentes e elementos
estruturais não diretamente afetados pelo fogo.
Temperatura crítica é a temperatura que causa o colapso. A
temperatura critica verdadeira pode ser determinada através de
ensaios para cada elemento estrutural, mas, de modo geral, este
caminho não é economicamente viável, além de demandar muito
tempo. Como regra, fixa-se um valor convencional de
temperatura crítica recomendado por normas ou códigos, que
garanta com certa margem de segurança a integridade estrutural.
56
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A segurança estrutural é garantida quando a temperatura do aço
em situação de incêndio atinge um valor menor do que a
temperatura crítica da estrutura.
A Figura abaixo mostra os fatores de redução em temperatura
elevada (relativos aos valores a 20ºC) previstos pela NBR 14323
para o limite de escoamento dos aços laminados a quente (ky, ), o
limite de escoamento dos aços trefilados (kyo, ) e o módulo de
elasticidade de todos os tipos de aço (k , ).
E
Quadro Descritivo
1
k y O,
0,8
0,6
kE ,
k y,
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Temperatura [ºC]
O aumento de temperatura de um elemento estrutural de aço, em
incêndio, é proporcional ao seu fator de massividade. Fator de
massividade de um corpo é a relação entre a área exposta ao
fogo (A) e o volume (V) aquecido do corpo. Para barras
prismáticas, o fator de massividade pode ser expresso pela
relação entre o perímetro exposto ao fogo (µ) e a área da seção
transversal da barra, sendo também conhecido como fator de
-1
forma da seção, ou seja F=(µ/A), m .
Quadro Descritivo
A velocidade de
aquecimento de
um perfil sob fogo
depende:
Alto perímetro
Baixa A
Aquecimento
rápido
Do perímetro (Hp),
Da seção
tranversal (A).
Baixo perímetro
Alta A
Aquecimento
lento
57
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
A tabela abaixo fornece a temperatura do aço (em ºC) sem
proteção térmica em função do fator de massividade, conforme
modelo do incêndio-padrão, e é útil para a verificação da
necessidade ou não de proteção térmica em elementos
estruturais.
-1
FATOR DE MASSIVIDADE, m
Tempo (min.)
50
100
200
250
300
10
207
341
505
551
583
20
444
626
724
733
736
30
628
738
815
826
831
40
731
840
875
878
879
50
799
902
912
913
914
60
890
935
941
942
942
70
941
960
964
965
966
80
971
982
985
986
986
90
993
1000
1003
1004
1004
100
1011
1017
1019
1020
1020
110
1027
1032
1034
1034
1035
58
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
7
AS NORMAS
BRASILEIRAS
7 - AS NORMAS BRASILEIRAS
Para que se possa verificar a segurança estrutural em situação
de incêndio dos elementos estruturais de aço de uma edificação
é necessário conhecer a exigência de resistência ao fogo para
cada tipo de elemento (viga, pilar, laje) conforme as normas
vigentes no país. As Normas Brasileiras que tratam da segurança
estrutural frente ao fogo foram aprovadas em 1999: NBR 14432
"Exigências de Resistência ao Fogo de Elementos Construtivos
de Edificações Procedimento" e NBR 14323 "Dimensionamento
de Estruturas de Aço de Edifícios em Situação de Incêndio
Procedimento". O desempenho requerido para os elementos de
construção estrutural (concreto, madeira ou aço) ou de
compartimentação prescritos na NBR 14432 trata de prevenir o
colapso estrutural, tornando possível a retirada dos ocupantes,
de reduzir os danos às propriedades vizinhas e permitir o rápido
acesso do Corpo de Bombeiros.
TEMPO REQUERIDO DE RESISTÊNCIA AO FOGO (TRRF*), EM MINUTOS,
SEGUNDO NBR 14432:2000
,
Altura de Edificação
Ocupação
h £ 6m
6m < h £ 12m 12m < h £ 23m 23m < h £ 30m
h > 30m
Residência
30
30
60
90
120
Hotel
30
30
60
90
120
Comercial
60 (30)
60 (30)
60
90
120
Escritório
30
60 (30)
60
90
120
Escola
30
30
60
90
120
60 (30)
60
60
90
120
Estacionamento Fechado
30
60 (30)
60
90
120
Estacionamento Aberto
30
30
30
30
60
Hospital
30
30
60
90
120
Locais Públicos
Indústria com Baixa Carga de Incêndio
30
30
60
90
120
Indústria com Alta Densidade de Carga de Incêndio
60 (30)
60 (30)
90 (60)
120 (90)
120
Loja com Baixa Densidade de carga de incêndio
30
30
60
30
60
Loja com Alta Densidade de carga de incêndio
60
60
60
120 (90)
120
Tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) é definido como sendo o tempo mínimo de resistência de um
elemento construtivo submetido ao incêndio padrão.
_ 750m2.
(a) Valores entre parenteses são válidos para edificações com área <
(b) A altura da edificação (h) é a distância compreendida entre o ponto que caracteriza a saída situada no nível
de descarga do prédio e o piso do último pavimento, excetuando-se zeladorias, barrilete, casa de máquinas,
piso sem a permanência humana.
A Norma fornece uma tabela, resumida acima, com
recomendações consagradas, fruto do consenso da sociedade,
de tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF) sob o
conceito de fogo padrão descrito na Norma ISO 834.
61
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
De acordo com a elevação de temperatura dos gases do forno
como descritos na ISO 834, BS476 e LPS1107, quando a Tabela
propõe uma resistência ao fogo de 30 minutos, significa que a
estrutura deve permanecer estável quando a atmosfera ao seu
o
o
redor estiver a aproximadamente 820 C, 1 hora significa 930 C e
o
2 horas 1030 C. Quanto maior a resistência requerida, maior a
temperatura que a estrutura deve resistir.
A Norma aceita, como alternativa, o uso de qualquer método
cientificamente confirmado ou normatizado, como o Método do
Tempo Equivalente, a Análise de Risco como a proposta por
Gretener ou métodos mais avançados de engenharia de
incêndio.
A medida que o risco à vida humana é considerado maior, devido
à ocupação, altura do edifício, etc., a exigência torna-se mais
rigorosa e maior será o tempo requerido de resistência.
A Norma prevê ainda isenções, baseadas na pequena
probabilidade da ocorrência de acidentes em pequenos edifícios
cuja evacuação é simples, tais como estruturas de pequena área
ou de um andar. A tabela abaixo resume estas isenções
prescritas na NBR 14432.
Apesar da NBR 14432 ser válida para todo o Brasil, é importante
verificar a existência de algum regulamento local específico.
ISENÇÕES SEGUNDO A NBR 14432
Ocupação
Área, m2
Qualquer
_ 750
<
_ 1500
<
Qualquer
Estádios, aeroportos, estações ferroviarias Qualquer
Estacionamento aberto
b
Densidade de Carga de Incêndio
(MJ/m2 )
Altura
Equipamentos de Proteção
de Incêndioa a
Qualquer
_ 1000
<
Qualquer
Mínimo
£2
pavimentos
Mínimo
Qualquer
_ 23 m
<
_ 30 m
<
_ 30 m
<
Mínimo
Mínimo
Qualquer
Qualquer
d
Qualquer
Incombustível
Lojasd
Qualquer
Térrea
Mínimo
Qualquer
_ 500
<
_
< 1200
Térrea
Mínimo
Qualquer
_ 2000
<
Térrea
Mínimo
Chuveiros e
Duas fachadas para
acesso dos bombeiros f
Lojas
Industrial
Lojas
d
d
Qualquer
Qualquer
Qualquer
Térrea
Qualquer
_ 5000
<
Qualquer
Térrea
Mínimo
a
Mínimo por Lei.
Estruturas de concreto ou aço mas com vigas compostas e fatores de forma mínimos de 250m-1 para colunas
e 350m-1 para vigas.
.
c
Estruturas de concreto ou aço.
d
Compartimentação em conformidade com outras Normas Brasileiras.
e
Em conformidade com outras Normas Brasileiras.
f
Perímetro das fachadas >
_ 50% do perimetro da edificação.
b
62
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
8
MATERIAIS UTILIZADOS
NA PROTEÇÃO TÉRMICA
DE ESTRUTURA
DE AÇO
8 - MATERIAIS UTILIZADOS NA PROTEÇÃO TÉRMICA
DE ESTRUTURAS DE AÇO
A proteção térmica dos elementos estruturais de aço (proteção
passiva) é o meio mais comum de se proteger o aço contra o
incêndio. Vários são os materiais utilizados com esta finalidade,
tais como as argamassas projetadas, tintas intumescentes,
mantas cerâmicas ou de lã de rocha basáltica, gesso acartonado
e outros.
8.1 - Materiais Projetados
São produtos econômicos que apresentam bom isolamento
térmico às altas temperaturas, mantendo a integridade da
estrutura durante a evolução do incêndio.
Estes materiais são aplicados por jateamento e, após sua
secagem, trabalham monoliticamente com a estrutura,
acompanhando seus movimentos, sem a ocorrência de fissuras
ou desprendimento.
Sua durabilidade deverá ser a mesma da estrutura, dispensando
manutenção, e não promovendo qualquer tipo de ataque
corrosivo ao aço. Não são higroscópicos, tornando desnecessário
o uso de tintas de fundo ou outros sistemas de proteção contra a
corrosão em estruturas internas. Estruturas externas costumam
receber proteção de um primer anticorrosivo e uma ponte de
aderência (resina acrilica de base água) com a argamassa, para
que não haja o desenvolvimento da corrosão sob a camada
passiva.
Propriedades
Densidade Seca Média
Argamassa
Projetada
240 kg/ m
3
Fibra
Projetada
280 kg/ m
3
Especificação
Recomendada
(FABRICANTE)
3
240 kg/ m
Aderência ao Aço
16,2 kPa
15,9 kPa
9,6 kPa
Compressão, 10% Deformação Máxima
68,9 kPa
2
0 g/m
85,7 kPa
2
0 g/m
57 kPa
máx. 0, 05g /m
Não contribui
Não contribui
Não contribui
Erosão ao Ar
Corrosão
Deflexão
Método de
Ensaio
ASTM E 605
ASTM E 736
ASTM E 761
2
Sem trincas ou Sem trincas ou Sem trincas ou
delaminação
delaminação
delaminação
ASTM E 859
ASTM E 937
ASTM E 759
65
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
8.2 - Argamassa Projetada
São produtos com alto conteúdo de aglomerantes que, quando
misturados com água, geram uma massa fluida que pode ser
bombeada. São apresentados como produtos de baixa, média ou
alta densidade, e são constituídos basicamente de gesso
(aproximadamente 80% do peso seco), cimento Portland (em
materiais de média e alta densidade), resinas acrílicas e cargas
inertes, tais como poliestireno expandido, celulose e
preservantes.
Materiais de baixa densidade são aplicados, de modo geral, em
obras internas. Materiais de média densidade são utilizados em
obras internas com requisitos de certa resistência ao impacto e à
umidade. Materiais de alta densidade são utilizados em obras
externas onde o risco de impacto é alto, assim como a umidade.
Estes produtos, de modo geral, não necessitam, para sua
aplicação, da retirada da carepa de laminação e de alguma
ferrugem formada. Antes da projeção, faz-se uma limpeza
manual, retirando-se o material solto sobre a superfície.
Para aplicações típicas em interiores, onde o aço será
enclausurado em um ambiente controlado, a utilização de um
primer é, de modo geral, desnecessária. Exceções são as áreas
de alta umidade, como piscinas, lavanderias, cozinhas, etc.
Nestas, é recomendável o uso de primers para a proteção contra
a corrosão, e eventualmente, pode ser necessária a adoção de
uma ponte de aderência, que consiste de uma base acrílica
solúvel em água.
Aços não pintados apresentam a melhor condição de aderência
dos materiais, dispensando a utilização de elementos de
ancoragem, salvo peças de excessiva altura. Nestas, a utilização
de algum tipo de ancoragem mecânica pode ser necessária,
como por exemplo, a utilização de telas de fixação. As instruções
contidas no UL Fire Resistance Directory são apropriadas à
escolha do sistema de fixação, quando necessário*.
o
o
Quando a temperatura ambiente atinge 90 C - 150 C, as ligações
químicas existentes no gesso hidratado começam a se romper,
liberando água de hidratação. Esta reação absorve a energia do
fogo, que seria conduzida ao aço. Este processo permite ao aço
manter uma temperatura relativamente baixa por 20 a 30
minutos durante a primeira hora crítica do incêndio. A mesma
consideração é aplicada para placas de gesso acartonado.
* UL Fire Resistance Directory, vol.1, p.2. Underwriters Laboratory Inc.(2001).
66
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Argamassa projetada.
8.3 - Fibra Projetada
São produtos de baixa e média densidades, contendo
basicamente fibras obtidas a partir de escória de alto-forno ou de
rochas basálticas como principal ingrediente. Estas fibras são
misturadas com escória de alto-forno (20 a 30% do peso seco
total) para criar uma mistura de baixa densidade.
A proteção a base de fibras utiliza suas propriedades isolantes
para proteger o aço.
Fibra projetada.
67
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
8.4 - Argamassa Projetada à Base de Vermiculita
É produto de baixa densidade, composto basicamente de
vermiculita expandida, cimento Portland e aglomerados minerais.
Este material deve ser completamente isento de amianto, e, para
melhorar sua aderência ao aço, costuma ser necessária a
utilização de telas.
8.5 - Placas de Gesso Acartonado
Placas de gesso contendo fibra de vidro, e, em alguns casos,
vermiculita incorporada. Assim como a argamassa "cimenticious",
o gesso da placa perde moléculas de água de hidratação durante
o aquecimento, mantendo baixa a temperatura do aço. Estes
materiais tem, internamente, uma malha de fibra de vidro, que
mantém o conjunto estruturado quando exposto às elevadas
temperaturas do incêndio. A placa é mantida, de modo geral,
visível em estruturas, por motivos estéticos.
Quadro Descritivo
Placa de gesso
acartonado
Montante
Perfil Metálico
8.6 - Placas de Lã de Rocha
São painéis de baixa densidade, rígidos ou flexíveis, feitos de
materiais fibrosos, aglomerados pela adição de resinas termoendurecíveis. A matéria-prima básica utilizada na confecção das
placas é o basalto. São fixadas com pinos de aço soldados à
estrutura metálica.
68
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Placas de lã de rocha.
8.7 - Enclausuramento em Concreto
Um outro método empregado na proteção do aço é o do
enclausuramento do elemento metálico em concreto. Esta
solução proporciona proteção ao aço frente à corrosão e incêndio
ao mesmo tempo. Algum reforço é adicionado ao sistema, na
forma de vergalhões, para manter o concreto no local durante o
evento do incêndio. Esta solução tem sido empregada no Japão,
mas, devido ao custo mais elevado do que outras formas de
proteção, não é muito difundida.
Enclausuramento em concreto.
69
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Quadro descritivo
Perfil Metálico
Revestimento em
concreto
8.8 - Tintas Intumescentes
São tintas especiais que expandem a partir de 200oC, formando
uma espuma rígida que isolam eficientemente os gases quentes
gerados no incêndio do aço. Antes da aplicação desta tinta
especial, a superfície deverá ser preparada conforme
recomendações do fabricante, e um primer compatível deverá
ser aplicado. Como esta tinta não apresenta grande resistência
química e física, ela deve ser recoberta por uma película acrílica
ou poliuretânica, a critério do usuário.
Esta tinta pode ser aplicada a pincel, rolo ou spray (airless), e a
aparência final do sistema (primer epoxídico, acrílico ou
alquídico, tinta intumescente e tinta de acabamento acrílica ou
poliuretânica) é sempre muito boa.
As tintas intumescentes são compostas, de modo geral, de sais
de fósforo, de amidos, de melamina e resinas orgânicas.
Tintas Intumescentes.
70
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
Tintas Intumescentes
Compostos que começam
a reação, sob o efeito do
calor. De modo geral, contém
alta percentagem de fósforo,
e são decompostos, sob o
calor, gerando ácido fosfórico.
Exemplos:
-Polifostato de amônio,
-Fosfato de diamônio,
-Fosfato de uréia,
-Fosfato de melamina.
Corresponde a 45% - 55% dos
ingredientes intumescentes.
Compostos que são atacados
pelo ácido fosfórico, formando
um grande volume de material
carbonáceo . Esta "espuma"
carbonácea forma uma barreira
incombustível.
Exemplos:
-Amido,
-Açucar.
Corresponde a 25% - 30% dos
ingredientes intumescentes.
Compostos que se decompõem,
gerando gases incombustíveis.
Estes compostos, chamados
de espumíficos, sob decomposição,
liberam gases que não são inflamáveis .
Exemplos:
-Parafinas cloradas,
-Melamina cristalina.
Corresponde a 20% - 25% dos
ingredientes intumescentes.
Resinas que se fundem, formando
uma pele expansível, que resiste ao
escape dos gases. Várias resinas
podem ser utilizadas.
Exemplos:
- Alquídicas,
- Epoxídicas,
- Acrílicas,
- Poliuretânicas.
71
COLETÂNEA DO USO DO AÇO
O custo aproximado dos produtos utilizados na proteção passiva
varia bastante.
A tabela abaixo traz alguns valores relativos a argamassa
projetada (60' de proteção - valor 100)
CUSTO RELATIVO APROXIMADO DA PROTEÇÃO PASSIVA PARA EDIFÍCIOS ANDARES MÚLTIPLOS
30 minutos
60 minutos
90 minutos
120 minutos
Projetos
95
100
125
145
Intumescentes
295
650
1050
1750
Rígidos
235
325
445
550
MATERIAL
Projetados
Aplicaçãorápida
Baixo custo
Cobertura de detalhes complexos
Aplicadossobre o aço sem preparo superficial
Alguns tipos podem ser aplicados externamente
Aparência desagradável
Intumescentes
Boa aparência
Cobertura de detalhes complexos
Não toma espaço ou adiciona peso
Aplicaçãorápida
Custo pode ser elevado
Sensíveis às condições climáticasadversas
Não competitiva para altos TRRF
Podem ser aplicadas "off site"
Rígidos
Boa aparência
Fixação a seco
Espessura é garantida
Não necessita de preparo superficial
Custo pode ser elevado
Lento para fixação
Difícilfixação ao redor de detalhes complexos
72
COLETÂNEA DO USO DO AÇO