52057957 Proteccao de Estruturas Metalicas
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Protecção de estruturas metálicas
Elsa Vaz Pereira
Protecção de estruturas metálicas 2
Degradação de estruturas metálicas
O aço não protegido quando em contacto com a atmosfera, a água e o solo está sujeito a corrosão, pelo que as estruturas de aço são normalmente protegidas
Protecção de estruturas metálicas 3
Protecção da corrosão
EUROCÓDIGO 3 Design of steel structures (EN 1993-1-1)
EN 1090-1:2009 Execution of steel structures andaluminium structures:
>Part 1: Requirements for conformity assessment ofstructural components
>Part 2: Technical requirements for steel structures
>Part 3: Technical requirements for aluminium structures
Protecção de estruturas metálicas 4
Protecção da corrosão
EN 1090-2:2008 Execution of steel structures and aluminium structures
Part 2: Technical requirements for steel structures
Ponto 10 e Anexo K (normativo) - Protecção da corrosão
� Revestimentos de Zn (galvanização por imersão a quente)o EN ISO 14713 – Guidelines and recommendations for the protection
against corrosion of iron and steel in structures – Zinc coating
� Revestimentos por projecção térmicao EN 14616:2004 Thermal spraying - Recommendations for thermal
spraying
� Revestimentos por pinturao EN ISO 12944 - Tintas e vernizes. Protecção anticorrosiva de estruturas
de aço.
Protecção de estruturas metálicas 5
Protecção da corrosão> Isolando o metal do meio envolvente:
� revestimentos metálicos� revestimento por pintura
> Concepção da estrutura:� evitando locais de retenção de água (vértices, juntas) e superfícies horizontais
� prever drenagem e ventilação, etc.
> Actuando sobre o meio envolvente:� abrigos� ventilação e secagem (ambiente interior)
> Actuando sobre o metal:� protecção catódica
Protecção de estruturas metálicas 6
Protecção de estruturas metálicas
>1. Introdução>2. Principais factores de degradação do aço>3. Categorias de corrosividade do ambiente de exposição
>4. Protecção da corrosão � 4.1 Concepção da estrutura� 4.2 Revestimentos metálicos
o 4.2.1. Galvanização por imersão a quente
o 4.2.1. Metalização por projecção térmica
� 4.3 Revestimentos por pintura
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Corrosão do açoA corrosão é um processo electroquímico que ocorre por várias fases:
>Ataque inicial do aço em alguns locais denominados ”anódicos” (-) onde o ferro atómico passa à forma iónica (Fe2+).
>Ocorre uma movimentação de e- no interior do metal para locais da superfície denominados “catódicos” (+) onde estes e- se combinam com oxigénio e água para formar iões OH-.
>Estes iões reagem com os iões Fe2+ do ânodo para formar hidróxido de ferro (Fe(OH)2) que se oxida no ar para formar oxido de ferro (Fe2O3) – a vulgar “ferrugem”.
Protecção de estruturas metálicas 8
Velocidade de corrosão - Vcorr
Velocidade de corrosão (Vcorr)
Perda de massa do material metálico por unidade de área em função do tempo
g m-2 ano-1 ou µm ano-1
Protecção de estruturas metálicas 9
Ambiente de exposição
Dado que os mecanismos de corrosão do aço no ar, em água e no solo são distintos bem como os factores que determinam a Vcorr, é habitual dividir o ambiente de exposição em três categorias principais:
�Exposição atmosférica
�Exposição em águas
�Exposição em solos
Protecção de estruturas metálicas 10
Velocidade de corrosão – VcorrExposição atmosférica
A velocidade de corrosão (Vcorr) depende:
>Tempo de humedecimento (τ)� Período durante o qual a superfície metálica está coberta poruma película de electrolito que é capaz de causar corrosãoatmosférica.
� τ = soma das horas durante as quais HR>80% e T>0ºC.o Chuva, condensação, etc. – Vcorr elevadas
o Ambientes secos interiores - Vcorr baixa
>Contaminantes atmosféricos (agentes agressivos)� Iões Cl- - ambiente marítimo�Dióxido de enxofre (SO2) – ambiente industrial.
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Categorias de corrosividadeExposição atmosférica
É habitual classificar os vários ambientes de exposição em função do seu grau de corrosividade (ISO 9223 e EN ISO 12944-2)
VcorrCategorias de corrosividadeAço carbono
< 1,3> 1,3 a 25> 25 a 50> 50 a 80> 80 a 200
< 10> 10 a 200> 200 a 400> 400 a 650> 650 a 1500
C1 – Muito baixa C2 – BaixaC3 – Média C4 – AltaC5 – Muito alta
C5-I (industrial)C5-M (marítima)
µm ano-1g m-2 ano-1
µm ano-1
>C5 - > 0,2 mm ano-1
2 mm em 10 anos
Protecção de estruturas metálicas 12
Edifícios aquecidos, com atmosferas limpas (escritórios, lojas, escolas, hotéis)
-C1 Muito baixa
Salas de produção com alta humidade e alguma poluição (instalações de processamento de alimentos, lavandarias, fábricas de cervejas e de lacticínios)
Atmosferas urbanas e industriais com poluição moderada de SO2.Áreas costeiras com baixa salinidade
C3 Média
Edifícios não aquecidos onde a condensação pode ocorrer (depósitos, pavilhões desportivos)
Atmosferas com baixo nível de poluição. Principalmente áreas rurais
C2 Baixa
Industrias químicas, piscinas, estaleiros navaisÁreas industriais e áreas costeiras com elevada salinidade
C4 Alta
Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição
Áreas industriais com alta humidade e atmosfera agressiva
C5 Muito alta (industrial)
Exemplos de ambientes típicos em climas temperados (apenas informativo)
Categorias de corrosividadeAço carbono
Edifícios e áreas com condensação quase permanente e com alta poluição
Áreas costeiras e “offshore” com alta salinidade
C5 Muito alta (marítima)
InteriorExterior
EN ISO 12944-2
Categorias de corrosividade - ExemplosExposição atmosférica
>C5 (Cx)
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Classificação das atmosferassegundo a ISO 9223
MatosinhosC4
Viana do CasteloC3
Macedo de Cavaleiros
C2
Alto RabagãoC2
Maia>C5
Leixões>C5
SeiaC2
LavosC4
Vila Velha de RódãoC2/C3
PegoC2/C3
LumiarC3
LisboaC3
BarreiroC3/C4
Reguengos de Monsaraz
C2
Sines>C5
AlfazinaC3
Aço Categoria de corrosividade
C1 – Muito FracaC2 – FracaC3 – MédiaC4 – ElevadaC5 – Muito elevada
Farol de Alfanzina - Algarve
Protecção de estruturas metálicas 14
Velocidade de corrosão – VcorrÁguas e solosA corrosão é normalmente de natureza localizada, as categorias de corrosividade são difíceis de definir.
Vcorr depende entre outros factores:
>Águas: composição (doce, salobra, mar), presença de O2, T, velocidade de escoamento.
>Solos: composição (espécies agressivas, pH, resistividade), presença de O2, água, T.
Protecção de estruturas metálicas 15
Velocidade de corrosão – VcorrÁguas e solos
>Norma EN ISO 12944-2 define 3 categorias de corrosividade:
Tanques enterrados, condutas de aço e vigas de açoSoloIm 3
Áreas portuárias com estruturas tais como portas de comportas, diques, quebra-mares, estruturas de plataforma
Água do mar ou salobra
Im 2
Instalações de rio, centrais hidroeléctricasÁgua doceIm 1
Exemplo de ambientes em estruturasAmbienteCategoria
Protecção de estruturas metálicas 16
Categorias de corrosividade
>Numa mesma estrutura a velocidade de corrosão do aço pode variar significativamente de local para local devido à criação de zonas micro-climáticas:
� efeitos de condensação de água localizados� orientação dos ventos� etc.
> Existem normalmente vários locais com diferentes velocidades de corrosão.
Protecção de estruturas metálicas 17
Sempre que possível evitar a exposição a agentes agressivos
Concepção da estruturaLocalização
Protecção de estruturas metálicas 18
Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
> Critérios básicos sobre concepção para fins de protecção anticorrosiva:
� Acessibilidade (aplicação, inspecção e manutenção dos esquemas de protecção)
� Tratamento de juntas (selagem com produtos apropriado)� Precauções para prevenir a retenção de sedimentos e água� Arestas (arredondadas)� Soldadura (isentas de imperfeições)� Ligações roscadas (cuidados especiais)� Elementos das caixas e componentes ocos (cuidados especiais)� Entalhes/chanfros (cuidados especiais)� Reforços (concepção adequada)� Prevenção da corrosão galvânica� Manuseamento, transporte e montagem
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Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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Concepção da estruturaEN ISO 12944-3
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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 24
Revestimentos metálicos
Os revestimentos metálicos mais comuns para protecção anticorrosiva do aço são os revestimentos de timentos de zinco zinco ee ligas Zn-Al.
>Principais processos de aplicação:
� Imersão em banho de zinco fundido - Galvanização por imersão a quente� Projecção de metal fundido - Metalização por projecção térmica
>Embora menos frequente utiliza-se também (peças pequenas):
� Difusão do metal - Sherardização� Deposição electroquímica de zinco - Electrodeposição
De uma maneira geral a protecção conferida pelos revestimentos metálicos depende mais do material metálico seleccionado e da sua espessura do que do tipo de método de aplicação do revestimento.
Protecção de estruturas metálicas 25
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
> A galvanização consiste na aplicação de um revestimento de zinco sobre a superfície do aço.
> O zinco corroi-se a uma velocidade inferior à do aço pelo que protege o aço actuando como uma barreira protectora.
> Simultaneamente confere protecção catódica ao aço - caso exista um pequeno defeito no revestimento, como o zinco émais anódico do que aço na série galvânica, é ele que se corrói.
Aço
Zn
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Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quenteFases:
>Desengorduramento (70-80º)>Limpeza>Remoção de óxidos>Limpeza>Pré-tratamento (60-80ºC)>Banho de galvanização (430-460ºC)>Arrefecimento>Passivação da camada de zinco>Acabamento
Há limitação ao tamanho dos componentes que podem ser galvanizados e às formas de modo a garantir que toda a peça seja protegida (requisitos EN ISO 14713)
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Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
> Forma-se um revestimento constituído por várias camadas
> Junto ao substracto de ferro formam-se camadas de ligas de zinco/ferro
> Estas camadas são progressivamente mais ricos em Zn do interior para a superfície
Protecção de estruturas metálicas 28
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
A espessura do revestimento de zinco depende das características do processo de galvanização mas também:
• dimensão e espessura da peça
• preparação da superfície do aço
• composição do aço.
6070
430505
7080
505575
Peças vazadas <6mmPeças vazadas >6mm
35455570
250325395505
45557085
325395505610
Aço <1,5 mmAço >1,5 mm e <3 mmAço >3 mm e <6 mmAço >6mm
µmg/m2µmg/m2
Espessura local (mínima) do
revestimento de zinco
Espessura média(mínima) do
revestimento de zincoEspessura da peça de aço/ mm
Extraído da norma (NP) EN ISO 1461
Para aços com a seguinte composição típica (exemplo): %Si<0,04 e Si+(2,5x%P)<0,09
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Podem obter-se espessuras superiores:
• aumentando a rugosidade da superfície aço (projecção de abrasivos)
• utilizando aços reactivos - cujo teor em Si e P faz com que no banho a espessura do revestimento de zinco cresça sempre com o tempo de imersão.(Estes revestimentos poderão ficar com um aspecto baço, escuro e serem frágeis)
Microestrutura do revestimento de
zinco
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
Protecção de estruturas metálicas 30
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
> 20Very High (VH)
10 a <20High (H)
5 a <10Medium (M)
2 a < 5Low (L)
0 a < 2Very Low (VL)
Tempo (anos)
Classe de durabilidade
48/95
33/67
20/40
C4
Categoria de corrosividadeTempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (anos)
Classe de durabilidade
Espessura mínima (µm)
H8/24VH24/48VHVH95>100200
H6/17VH17/33VHVH67/>100140
M3/10H10/20VHVH40/>10085
>C5C5C3
Durabilidade - Tempo mínimo/máximo até à primeira manutenção (ISO 14713-1)
> 4 a 8C5
>8 a 25Cx(>C5)
> 2 a 4C4
> 0,7 a 2C3
Perda de espessura(µm ano-1)
ZnCategoria
X µm ano-1
Aço
A Vcorr do zinco na atmosfera éaproximadamente linear com tempo.
Protecção de estruturas metálicas 31
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente
1. Dimensão das peças limitada àdimensão do banho
2. Design adequado (Ex.: furação das peças de secção fechada para exaustão dos gases durante a imersão) EN ISO 14713
3. Pode ocorrer distorção de algumas pelas fabricadas
1. Boa aderência (ligas intermetálicas)
2. Uniforme 3. Resistente à abrasão4. Permite obter uma vasta
gama de espessuras5. Versátil (reveste peças de formas
complexas)
LimitaçõesVantagens
Protecção de estruturas metálicas 32
Revestimentos metálicosMetalização - Projecção térmica
ChamaArco
• Micro-particulas do metal são projectadas com ar comprimido através de um pistola que contém uma fonte de calor (chama ou arco eléctrico) que funde a matéria prima (em pó ou em fio)
• Os revestimentos podem ser aplicados em fábrica ou em obra e não existe limitação para o tamanho da peça
• A superfície do aço permanece fria não apresentando o inconveniente de provocar dilatações da peça
Arco
Protecção de estruturas metálicas 33
Revestimentos metálicosProjecção térmica
• O revestimento pode ser de Zn, Al ou ligas de Zne Al. O Al confere maior resistência à corrosão do revestimento, nomeadamente em ambiente industrial
• Espessuras típicas variam entre 100-200 µm (Al) e 100-150 µm (Zn).
• A aderência ao substracto é essencialmente mecânica (não se forma liga metálica com o aço da base) e o revestimento é poroso.
• O revestimento é aplicado numa superfície limpa mas ligeiramente rugosa.
• Normas aplicáveis:EN ISO 2063, EN ISO 14713 e EN 14616
Mic
roes
trut
ura
do r
eves
timen
to
de z
inco
met
aliz
ado
Aço
Zinco
Protecção de estruturas metálicas 34
Revestimentos metálicosProjecção térmica
NR - não recomendado, * aplicação “offshore”
50501001001001005050C1
100150200*250*100200100150C5-M
100150100200100200100NRC4 e C5-I
5010010015010015050100C2 e C3
100150100150150200100200Im3
100NR200*250*150200100NRIm2
PintadoNão pintado
PintadoNão pintado
PintadoNão pintado
PintadoNão pintado
ZnAl15AlMg5AlumínioZinco
Metal (µm)Categoria segundoEN ISO 12944-2
Espessuras mínimas recomendadas - EN ISO 2063
C5 → Vcorr=> 4 a 8 µm ano-1
Protecção de estruturas metálicas 35
Revestimentos metálicosGalvanização por imersão a quente+Projecção térmica
• Podem ser usados sem protecção adicional
• Frequentemente, sobretudo em ambientes mais corrosivos (orla costeira, zonas industriais muito poluídas) é usual recorrer à sua pintura - Sistemas mistos (duplex)
Sistema misto:
1. Beneficia de um efeito sinérgico entre os dois revestimentos
2. No entanto o período de manutenção de um sistema mistos é frequentemente inferior ao do revestimento de zinco uma vez que a durabilidade da tinta é muitas vezes inferior à do revestimento de Zn
3. Factores a ter em conta (NP EN ISO 12944-5): • Adequada preparação da superfície galvanizada → garantir boa aderência da pintura• Pintura com produtos adequados ao revestimento de zinco
Tmisto > (Tzinco + Ttinta ) T = Tempo de vida