Protecção de estruturas
metálicas
Elsa Vaz Pereira
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
Protecção de estruturas metálicas
2
Protecção da corrosão
EUROCÓDIGO 3 Design of steel structures (EN 1993-1-1)
EN 1090-1:2009 Execution of steel structures and
aluminium structures:
>Part 1: Requirements for conformity assessment of
structural components
>Part 2: Technical requirements for steel structures
>Part 3: Technical requirements for aluminium structures
Protecção de estruturas metálicas
3
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
Revestimentos por projecção térmica
o
EN ISO 14713 – Guidelines and recommendations for the protection
against corrosion of iron and steel in structures – Zinc coating
EN 14616:2004 Thermal spraying - Recommendations for thermal
spraying
Revestimentos por pintura
o
EN ISO 12944 - Tintas e vernizes. Protecção anticorrosiva de estruturas
de aço.
Protecção de estruturas metálicas
4
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
Protecção de estruturas metálicas
5
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
Protecção de estruturas metálicas
6
Corrosão do aço
A 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”.
Protecção de estruturas metálicas
7
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
Protecção de estruturas metálicas
8
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
Protecção de estruturas metálicas
9
Velocidade de corrosão – Vcorr
Exposição atmosférica
A velocidade de corrosão (Vcorr) depende:
>Tempo de humedecimento (τ)
Período durante o qual a superfície metálica está coberta por
uma película de electrolito que é capaz de causar corrosão
atmosférica.
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.
Protecção de estruturas metálicas
10
Categorias de corrosividade
Exposição atmosférica
É habitual classificar os vários ambientes de exposição em
função do seu grau de corrosividade (ISO 9223 e EN ISO 12944-2)
Categorias de
corrosividade
Aço carbono
C1
C2
C3
C4
C5
–
–
–
–
–
Muito baixa
Baixa
Média
Alta
Muito alta
Vcorr
µm ano-1
g m-2 ano-1
<
>
>
>
>
10
10 a 200
200 a 400
400 a 650
650 a 1500
<
>
>
>
>
1,3
1,3 a 25
25 a 50
50 a 80
80 a 200
µm ano-1
C5-I (industrial)
C5-M (marítima)
Protecção de estruturas metálicas
-1
>C5 - > 0,2 mm ano
11
2 mm em 10 anos
Categorias de corrosividade - Exemplos
Exposição atmosférica
EN ISO 12944-2
Categorias de
corrosividade
Aço carbono
Exemplos de ambientes típicos em climas temperados
(apenas informativo)
Exterior
Interior
C1 Muito baixa
-
Edifícios aquecidos, com atmosferas limpas
(escritórios, lojas, escolas, hotéis)
C2 Baixa
Atmosferas com baixo nível de
poluição. Principalmente áreas rurais
Edifícios não aquecidos onde a condensação
pode ocorrer (depósitos, pavilhões desportivos)
C3 Média
Atmosferas urbanas e industriais com
poluição moderada de SO2.
Áreas costeiras com baixa salinidade
Salas de produção com alta humidade e
alguma poluição (instalações de processamento
de alimentos, lavandarias, fábricas de cervejas
e de lacticínios)
C4 Alta
Áreas industriais e áreas costeiras com
elevada salinidade
Industrias químicas, piscinas, estaleiros navais
C5 Muito alta
(industrial)
Áreas industriais com alta humidade e
atmosfera agressiva
Edifícios e áreas com condensação quase
permanente e com alta poluição
C5 Muito alta
(marítima)
Áreas costeiras e “offshore” com alta
salinidade
Edifícios e áreas com condensação quase
permanente e com alta poluição
>C5 (Cx)
Protecção de estruturas metálicas
12
Classificação das atmosferas
segundo a ISO 9223
Viana do Castelo
C3
Matosinhos
C4
Alto Rabagão
C2
Macedo de
Cavaleiros
Maia
>C5
C2
Leixões
>C5
Seia
C2
Lavos
C4
Lumiar
C3
Lisboa
C3
Barreiro
C3/C4
Vila Velha de
Ródão
C2/C3
Pego
C2/C3
Aço
Categoria de corrosividade
C1 – Muito Fraca
C2 – Fraca
C3 – Média
C4 – Elevada
C5 – Muito elevada
Farol de Alfanzina - Algarve
Reguengos de
Monsaraz
C2
Sines
>C5
Alfazina
C3
Protecção de estruturas metálicas
13
Velocidade de corrosão – Vcorr
Águas e solos
A 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.
Protecção de estruturas metálicas
14
Velocidade de corrosão – Vcorr
Águas e solos
> Norma EN ISO 12944-2 define 3 categorias de
corrosividade:
Categoria
Ambiente
Exemplo de ambientes em estruturas
Im 1
Água doce
Instalações de rio, centrais hidroeléctricas
Im 2
Água do
mar ou
salobra
Áreas portuárias com estruturas tais como portas de
comportas, diques, quebra-mares, estruturas de
plataforma
Im 3
Solo
Tanques enterrados, condutas de aço e vigas de aço
Protecção de estruturas metálicas
15
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.
Protecção de estruturas metálicas
16
Concepção da estrutura
Localização
Sempre que possível evitar a
exposição a agentes agressivos
Protecção de estruturas metálicas
17
Concepção da estrutura
EN 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
Protecção de estruturas metálicas
18
Concepção da estrutura
EN ISO 12944-3
Protecção de estruturas metálicas
19
Concepção da estrutura
EN ISO 12944-3
Protecção de estruturas metálicas
20
Concepção da estrutura
EN ISO 12944-3
Protecção de estruturas metálicas
21
Concepção da estrutura
EN ISO 12944-3
Protecção de estruturas metálicas
22
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
Protecção de estruturas metálicas
23
Revestimentos metálicos
Os revestimentos metálicos mais comuns para protecção anticorrosiva do aço
são os revestimentos de zinco e 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.
Protecção de estruturas metálicas
24
Revestimentos metálicos
Galvanização 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 é
mais anódico do que aço na série galvânica, é ele que se
corrói.
Zn
Aço
Protecção de estruturas metálicas
25
Revestimentos metálicos
Galvanização por imersão a quente
Fases:
>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)
Protecção de estruturas metálicas
26
Revestimentos metálicos
Galvanização 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
Protecção de estruturas metálicas
27
Revestimentos metálicos
Galvanização 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.
Espessura da peça de aço
/ mm
Aço <1,5 mm
Aço >1,5 mm e <3 mm
Aço >3 mm e <6 mm
Aço >6mm
Peças vazadas <6mm
Peças vazadas >6mm
Espessura média
(mínima) do
revestimento de zinco
Espessura local
(mínima) do
revestimento de zinco
g/m2
µm
g/m2
µm
325
395
505
610
505
575
45
55
70
85
70
80
250
325
395
505
430
505
35
45
55
70
60
70
Protecção de estruturas metálicas
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
28
Revestimentos metálicos
Galvanização por imersão a quente
Podem obter-se espessuras superiores:
•
aumentando a rugosidade da superfície aço (projecção de abrasivos)
Microestrutura do
revestimento de
zinco
•
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)
Protecção de estruturas metálicas
29
Revestimentos metálicos
Galvanização por imersão a quente
Durabilidade - Tempo mínimo/máximo até à primeira manutenção
(ISO 14713-1)
Espessura
mínima
(µm)
Categoria de corrosividade
Tempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (anos)
Classe de durabilidade
C3
C4
C5
>C5
85
40/>100
VH
20/40
VH
10/20
H
3/10
M
140
67/>100
VH
33/67
VH
17/33
VH
6/17
H
200
95>100
VH
48/95
VH
24/48
VH
8/24
H
Categoria
Aço
X µm
ano-1
A Vcorr do zinco na atmosfera é
aproximadamente linear com
tempo.
Zn
Perda de espessura
(µm ano-1)
Classe de
durabilidade
Tempo
(anos)
Very Low (VL)
0a<2
Low (L)
2a<5
Medium (M)
5 a <10
C3
> 0,7 a 2
C4
>2a4
C5
>4a8
High (H)
10 a <20
>8 a 25
Very High (VH)
> 20
Cx(>C5)
Protecção de estruturas metálicas
30
Revestimentos metálicos
Galvanização por imersão a quente
Vantagens
1.
Boa aderência
Limitações
(ligas
intermetálicas)
2.
3.
4.
Uniforme
Resistente à abrasão
Permite obter uma vasta
gama de espessuras
5. Versátil (reveste peças de formas
complexas)
1. Dimensão das peças limitada à
dimensão 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
Protecção de estruturas metálicas
31
Revestimentos metálicos
Metalização - Projecção térmica
• 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
Arco
Protecção de estruturas metálicas
Chama
32
Revestimentos metálicos
Microestrutura do revestimento
de zinco metalizado
Projecção térmica
Zinco
• O revestimento pode ser de Zn, Al ou ligas de Zn
e 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).
Aço
• 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
Protecção de estruturas metálicas
33
Revestimentos metálicos
Projecção térmica
Espessuras mínimas recomendadas - EN ISO 2063
Metal (µm)
Categoria
segundo
EN ISO 12944-2
Zinco
Alumínio
AlMg5
ZnAl15
Não
pintado
Pintado
Não
pintado
Pintado
Não
pintado
Pintado
Não
pintado
Pintado
Im2
NR
100
200
150
250*
200*
NR
100
Im3
200
100
200
150
150
100
150
100
C2 e C3
100
50
150
100
150
100
100
50
C4 e C5-I
NR
100
200
100
200
100
150
100
C5-M
150
100
200
100
250*
200*
150
100
C1
50
50
100
100
100
100
50
50
NR - não recomendado, * aplicação “offshore”
C5 → Vcorr=> 4 a 8 µm ano-1
Protecção de estruturas metálicas
34
Revestimentos metálicos
Galvanização 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
Tmisto > (Tzinco + Ttinta)
T = Tempo de vida
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
Protecção de estruturas metálicas
35