Sistemas construtivos e Materiais Inovadores

Como aumentar a vida útil e confiabilidade de estruturas através da Galvanização

A corrosão da armação provoca a redução da seção do açoou até mesmo a sua completa conversão em óxido

A aderência entre a armação e o concreto diminui oudesaparece

O óxido de Ferro tem um efeito expansivo, o que resulta emfissuras no concreto, e finalmente, o seu desprendimento daestrutura

As fissuras podem ser um caminho rápido para a entrada demais elementos agressivos, gerando um ciclo vicioso quecompromete a integridade da estrutura

Desaparecimento da barra estrutural após corrosão

Esquema da corrosão de barra estrutural

a) Antes do início da corrosão

b) Corrosão ativainício das expansões

c) Mais corrosãoFissuras superficiais

e coloração característica

a) b) c) d)

d) Desplacamento e exposição da barra

AÇO

PRODUTOS DA CORROSÃO

CONCRETO MENOS ALCALINO

CONCRETO MAIS ALCALINO

OS PRODUTOS DA CORROSÃO POR SEREM MAIS VOLUMOSOS QUE O AÇO BASE SE EXPANDEM GERANDO TRINCAS E DESPLACAMENTO DO CONCRETO NO CONTORNO DO VERGALHÃO

ATMOSFERA

CONCRETO

A TAXA DE PENETRAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS DEPENDE DA PERMEABILIDADE DO CONCRETO

Cl2 Cl2SO2 CO2H2OH2OH2O CO2

CO2H2OH2S

A corrosão do aço no concreto armado inicia, e se mantém, devido as duas causas principais:

(1) Redução da alcalinidade devido a presença de dióxido de carbono (CO2) atmosférico e/ou outros elementos ácidos;

(2) Ação de íons despassivantes como cloretos (Cl-) na presença de oxigênio.

Mecanismo de Deterioração do Concreto Armado

Cenário brasileiro

As características ambientais, com regiões de categorias C5-M (ambiente

extremamente agressivo) conforme norma ISO 9223.1 e ABNT NBR 14643

favorecem a corrosão de estruturas.

Taxas de corrosão maiores no entorno do mar variando de 3,2 a 153 vezes comparadas às regiões rurais

Extensão costeira7.367 km

95% Do PIB do país depende da atividade econômica da região costeira

70% Da população vive a menos de 200 km da costa

Mercado total de barras de reforço no Brasil = 3,539 milhões de toneladas por ano (Base de dados IABr 2015).

Exemplo de estrutura em ambiente marítimo comprometida pela corrosão

CorrosãoA NACE – National Association of Corrosion Engineers estimou todos os custosde manutenção relacionados à corrosão e chegou à conclusão que:

PIB 2016 Brasil - R$ 6,26 trilhões

~4% do PIB gastos em manutenção da corrosão = R$ 250 bilhões (2016)

Custos com corrosão correspondem de 1 a 5% do PIB dos países.

Com a utilização de técnicas atuais de proteção contra corrosão, estima-se que poderiam ser economizados cerca de 25%, R$ 62,5 bilhões/ano.

A Galvanização por imersão a quente é um processode revestimento do aço com Zinco visando preservar a plenitude de suasqualidades e otimizar seu desempenho contra a corrosão.

Também conhecida como:

Existem outras técnicas de aplicação de Zinco sobre o aço, como a galvanizaçãoeletrolítica (eletrodeposição).

A galvanização a quente deposita camadas mais espessas que as obtidas pelaeletrodeposição.

Enquanto um revestimento típico obtido à quente é superior a 80 µm, valor esteprescrito por normas, um revestimento obtido por eletrodeposição não supera os 15 ou20 µm. Camadas mais espessas implicam em maior durabilidade da proteção, portanto,para utilização em vergalhões, recomenda-se apenas a galvanização porimersão a quente.

Galvanização

- Zincagem por imersão a quente- Zincagem a fogo- Galvanização a fogo

Galvanização por imersão a quente Imersão do aço em Zinco fundido

1) Desengraxe (NaOH)

2) Lavagem (água)

3) Decapagem (HCl)

4) Lavagem (água)

5) Fluxagem (diminuir tensão superficial)

6) Secagem

7) Banho em zinco fundido (450°C)

8) Passivação (solução cromatizante)e/ou Resfriamento.

Imersão do aço em um banho de Zinco a 450ºC;

Formação de uma ligação metalúrgica que garante forteaderência do revestimento de Zinco, o qual é superior secomparada a outras formas de revestimento, como oepóxi aplicado por fusão.

As camadas de Ferro-Zinco do revestimento apresentamuma dureza maior que o aço em si, conferido ao vergalhãogalvanizado elevada resistência a abrasão ;

Galvanização por imersão a quente Dupla proteçãocontra corrosão

Substrato de aço

Gama (Fe3Zn10)73-80% Zn

Delta (FeZn7)89-93% Zn

Zeta (FeZn13)93,7-94,3% Zn

Eta (Zn)100% Zn

Formação de sais de Zn que vedam as cavidades

Ânodo

Cátodo

A camada de Zinco protege o aço do contato com o meio exposto.O Zinco, por ser mais eletronegativo que o aço, sofre

corrosão preferencial ao aço e sacrifica-se para protegê-lo.

Processo de cicatrização: caso o revestimento seja danificado provocando sulcos na camada de Zinco, os produtos decorrosão do Zinco, por serem aderentes e insolúveis, se depositam sobre a superfície exposta do aço isolando-o novamente.

Barreira Catódica

Zinco em soluções fortemente alcalinas (> pH 12,5) é passivado porformação de camada de cristais aderentes – Hidroxizincato de Cálcio(CaHZn).

Além disso, os produtos resultantes da corrosão do Zinco são compostosminerais mais pulverulentos e menos volumosos do que os produtosresultantes da corrosão do Ferro e são capazes de migrar da superfíciedo vergalhão galvanizado para a matriz do concreto adjacente.

A difusão dos produtos da corrosão do Zinco ajuda a preencher osespaços porosos na interface concreto/vergalhão, tornando essa áreamenos permeável e ajudando a reduzir o transporte de substânciasagressivas (como os cloretos) através desta interface, que dá acesso aorevestimento de Zinco. As reações entre o Zinco e o concreto e a difusãodos produtos de corrosão resultantes também explicam porque osvergalhões galvanizados têm uma aderência tão boa no concreto.

Por que o vergalhão galvanizado mantém a integridade do concreto?

Falta de cobrimento

Vazios de concretagem “bicheiras”

Trincas e fissuras

A armadura quando galvanizada fica protegida mesmo em casos em que haja falhas deexecução na concretagem:

Galvanização: garantia de proteção

Ensaios realizados no laboratório Falcão Bauer Agosto 2013

Númerodo

ensaioEnsaio

Método ABNT

RevestimentoDe zinco

Diâmetros das barras

10mm 25mmNúmero de ensaios

01 Tração vergalhãoNBR 6152

Padrão: Sem revestimento 09 09

Galvanizado 09 09

02 Dobramento VergalhãoNBR 6153

Padrão: Sem revestimento 09 09

Galvanizado 09 09

03Aderência Concreto / AçoCoeficiente de conformação superficial

NBR 7477 Padrão: Sem revestimento 09 09

Galvanizado 09 09

04 Aderência revestimento Zn DobramentoGalvanizado

09 09

05 Espessura Revestimento NBR 7399Galvanizado

09 09

06 Uniformidade Revestimento NBR 7400Galvanizado

09 09

Conforme ABNT NBR 16300 – Galvanização por imersão a quente de barras de aço para armadura de concreto armado

ADERÊNCIA AO CONCRETO

Uma boa aderência entre a armadura e o concreto é essencial

para o desempenho confiável do concreto armado.

O vergalhão galvanizado, conforme norma ASTM A 767, possui

inicialmente uma aderência similar à do concreto do

vergalhão sem revestimento. Ensaios realizados mostram que

a média do coeficiente de conformação superficial das faces do

vergalhão galvanizado h = 1,8 atende aos requisitos da norma

de ABNT NBR 7480 – Aço destinado a armaduras de concreto

armado (min h = 1,5).

ADERÊNCIA AO CONCRETO

Estudos realizado pela Universidade de Berkeley, Califórnia compararam a aderência doconcreto no aço galvanizado e no aço não galvanizado.

Mesmo após 20 anos, a estrutura da figura ao lado localizada em ambiente marinhoaltamente agressivo teve de ser britada para a separação do concreto no vergalhão

Concluiu-se que o desenvolvimento total da aderência pode ocorrer em tempo maior do que no vergalhãonão galvanizado dependendo da reação entre o Zinco e a pasta de concreto. Contudo, após esse período, aaderência tende a ser maior.

ADERÊNCIA AÇO-ZINCO

ParâmetroDeterminado

UnidadeEspecificado (mínimo)

Bitola 10mm Bitola 10mm galvanizado

Bitola 25mmBitola 25mm galvanizado

Limite de Escoamento MPa 500 664 627 563 566

Limite de resistência Mpa 540 846 763 713 683

Relação LR/LE - 1,08 1,27 1,21 1,26 1,21

Alongamento após ruptura % 8 14,1 13,6 16,7 16,4

O vergalhão galvanizado apresentou todos os resultados dentro da norma quanto à aderência da camada de

Zinco com o aço após dobramento das barras, ou seja, as barras podem ser manuseadas ou dobradas no local

da obra, sem perda da aderência Zinco - Aço.

Em nenhum ensaio de dobramento e tração foi observada fissura na

camada de zinco aderida ao aço. Estes ensaios solicitam bastante o aço e

mais uma vez evidencia que existe uma boa aderência entre o Zinco e o

aço

Custo $$

O custo do vergalhão galvanizado é cerca de 50% maiorque o vergalhão não galvanizado. Porém, quandocomparado ao custo total da construção ou da edificaçãoe aos custos potenciais associados à manutençãoprematura do concreto danificado ou falhas da estrutura, ocusto adicional pago pelo vergalhão galvanizado épequeno, variando entre 1% e 3%.

Vale lembrar que no Brasil cabe à construtora que adquireos vergalhões contratar o processo de galvanização porimersão a quente.

Museu Iberê Camargo – Porto Alegre/RS

Além de durabilidade e segurança,

optou-se pelo vergalhão Galvani-

zado por motivos estéticos. Como o

recobrimento foi feito em concreto

branco, o arquiteto não queria que

o concreto apresentasse manchas

de ferrugem.

Inaugurado em 2008, o museu apresenta uma fachada sem nenhum sinal de corrosão.

“MAR” inaugurado em 2013

320 m³ de concreto, e 70 toneladas de vergalhão galvanizado foram usado na construção do telhadocontíguo.

Museu de Arte do Rio , Rio De Janeiro

Construção iniciada em 1958, com 10 mil trabalhadores.

Inaugurado em 1973

Concreto armado pré fabricado com vergalhões galvanizados, está livre de corrosão há 43 anos.

Fundação já passou por duas manutenções por não usar vergalhão galvanizado.

Opera House, Sydney, Australia

Ponte Rota 66, Kittanning, PA

Como é uma região em que há acúmulo de neve na pista, joga-se sal na pista para descongelar.

Na renovação do pavimento, pensou-se que as armaduras estariam comprometidas.

O teor de cloreto na superfície do vergalhão era de 3.0 kg/m3 – 5x o limite do vergalhão nu.

Não houve necessidade de reforma na armadura, a espessura média da camada de zinco era de247-270 µm e as armaduras estavam intactas (vide imagens abaixo).

Mexico – costal Restaurante Silper (2002)

Bermudas – performance histórica

A região de Bermudas utiliza exclusivamente vergalhões galvanizados em todas as construções de concreto

desde 1950. A aplicação é necessária por causa do clima marinho corrosivo. Além disso o agregado para

fabricação do concreto já contem cloretos em sua composição química

RBYC Cais Hamilton Doca

Por que galvanizar o Vergalhão?

O aço fica protegido contra a corrosão antes de ser imerso no concreto.

Retarda o início da corrosão do aço reduzindo os riscos de fissuras, manchas de ferrugem edesagregação do concreto.

Reduz a frequência e a magnitude dos reparos do concreto, resultando em economia à longoprazo.

Aumenta a vida útil da estrutura.

Proporciona segurança e sustentabilidade à obra.

Sua aplicação está padronizada de acordo com normas nacionais e internacionais (ABNT NBR16300, ASTM A767, ISO 14657) que asseguram a qualidade e as características de aplicação.

Os vergalhões galvanizados atendem aos requisitos da norma NBR 7480:2007 – aço destinado aarmaduras de concreto armado.

Obrigado pela atenção

igor.silva.is2@vmetais.com.br

www.icz.org.br

Igor F. Rezende Silva