Estruturas metálicas e galvanização

Notícias

04/11/2013

Galvanização por imersão a quente - 2ª parte

Proteção contra corrosão. Vergalhões galvanizados para estruturas em concreto armado.


Os custos de manutenção, devido à corrosão das estruturas de concreto armado em obras brasileiras atingem valores anuais de centenas de milhões de dólares. Sua ocorrência é devido à penetração de poluentes e/ou contaminantes no concreto, que chega rapidamente à estrutura interna de aço, acrescida pelas reações químicas normais entre o aço e o concreto, ao longo do tempo. 

O concreto é um material poroso constituído de pequenos poros e capilares, através dos quais os elementos corrosivos como a água, os íons de cloreto, o oxigênio, o dióxido de carbono e outros gases se infiltram na matriz de concreto atingindo os vergalhões. Para cada mistura de concreto, em alguns níveis críticos de elementos corrosivos, o aço despassiva-se e a corrosão se inicia.

Estudos comprovam que a corrosão das malhas e vergalhões de estruturas é um dos principais fatores para a deterioração de vigas feitas de concreto armado, podendo comprometer inclusive a capacidade estrutural da obra.

Os problemas mais comuns aparecem na forma de manchas, trincas, desprendimento de placas de concreto e até na exposição do vergalhão interno ao ambiente, por exemplo, muito comum aos postes de iluminação pública, visíveis nas áreas urbanas. Tais efeitos requerem uma manutenção contínua e muito custosa durante a vida útil destas estruturas.

A utilização de vergalhões galvanizados por imersão a quente surge como uma alternativa excelente na prevenção destes problemas, cuja prática já é amplamente difundida e utilizada na maioria dos países da Europa, nos Estados Unidos e Canadá, onde a cultura de utilização do galvanizado, de uma forma geral, já está enraizada na população, fazendo com que nas decisões dos grandes projetos, o “custo benefício” seja o fator mais importante para a escolha dos materiais a serem especificados nas obras civis e industriais desses países.

Por que o zinco protege os vergalhões de aço galvanizados por imersão a quente?
O processo de galvanização por imersão a quente das peças de aço e ferro fundido, incluindo os vergalhões, é composto por sucessivos banhos em soluções de pré-tratamento, indo até a imersão dos materiais em um banho de zinco líquido, a uma temperatura de aproximadamente 450ºC, tendo na maioria das vezes, a imersão final em uma solução de resfriamento com dicromato/bicromato, em concentrações adequadas, onde ocorre a formação de uma fina película cromatizante na superfície das peças, com a finalidade de evitar a chamada “corrosão branca” do galvanizado.

Durante essa imersão o zinco reage com o ferro do aço, penetrando em sua rede cristalina em alta temperatura, pelo processo metalúrgico de difusão, formando assim subcamadas de ferro-zinco, chamadas de “camadas intermediárias” que se formam na interface aço/zinco, com uma camada externa de zinco puro (a fase eta), que se forma por solidificação do zinco fundido que adere à superfície externa do vergalhão, quando o mesmo é retirado do banho de zinco.

Tais subcamadas constituem-se em um verdadeiro exército contra a corrosão, oferecendo uma dupla proteção ao aço, de forma independente e complementar:

• Proteção física/barreira mecânica: Isolamento entre o aço e o concreto;
• Proteção catódica: Corrosão somente do zinco a uma taxa de até dez vezes menor do que no aço.

Além disso, as camadas de liga ferro-zinco do revestimento são mais duras do que o aço subjacente e combinadas com uma camada externa menos rígida de zinco puro, produzem um revestimento extremamente durável, resistente à abrasão.

Como o zinco protege o vergalhão galvanizado no concreto?
A proteção contra corrosão oferecida pela galvanização aos vergalhões do concreto armado deve-se a uma combinação de vários efeitos benéficos. De primordial importância é o limite de cloretos que determina o início da corrosão, que é substancialmente mais alto (2 - 4 vezes) no caso do aço galvanizado, em comparação ao aço sem revestimento.

Além disso, o zinco tem um limite de pH de passivação muito maior do que o aço, o que faz com que o vergalhão galvanizado resista melhor aos efeitos da redução do pH produzidos pela carbonatação, à medida que o concreto envelhece. Mesmo quando se inicia a corrosão do revestimento de zinco, sua velocidade de corrosão é consideravelmente menor do que a do aço não revestido.

Por que o vergalhão galvanizado mantém a integridade do concreto?
Os produtos resultantes da corrosão do zinco são compostos minerais mais pulverulentos e menos volumosos do que os produtos resultantes da corrosão do ferro e são capazes de migrar da superfície do vergalhão galvanizado para a matriz do concreto adjacente. Como resultado, a corrosão do revestimento de zinco provoca muito poucas rupturas físicas no concreto ao seu redor.

Também há evidências que sugerem que a difusão dos produtos resultantes da corrosão do zinco ajuda a preencher os espaços porosos na interface concreto/vergalhão, tornando essa área menos permeável e ajudando a reduzir o transporte de substâncias agressivas (como os cloretos) através desta interface, que dá acesso ao revestimento de zinco.

As reações entre o zinco e o concreto e a difusão dos produtos de corrosão resultantes também explicam porque os vergalhões galvanizados têm uma aderência tão boa no concreto.

Quais as vantagens que os vergalhões galvanizados oferecem sobre os vergalhões convencionais sem proteção?
- O zinco possui limite de concentração de cloreto mais alto para corrosão que o aço descoberto. Isso retarda significativamente o início da corrosão, a partir da infiltração de cloretos, na superfície dos vergalhões galvanizados.

- A velocidade de corrosão do zinco no concreto é menor que a do aço, e os produtos de corrosão que o zinco forma não provocam tensões internas tão prejudiciais como as que o aço produz, quando sofre corrosão dentro do concreto.

- Os revestimentos de zinco proporcionam uma proteção de sacrifício ao aço, o que significa que se ocorrer alguma imperfeição ou rachadura no revestimento, expondo o aço, a corrosão se concentrará preferencialmente na camada de zinco circundante, proporcionando assim uma proteção eletroquímica ao aço exposto. Desta forma, o revestimento galvanizado não pode ser debilitado pelos produtos resultantes da corrosão de ferro, como ocorre no caso de outros revestimentos tipo “barreira”, como por exemplo, o epóxi.

- A maior resistência à corrosão dos vergalhões galvanizados permite uma maior tolerância à diversidade de aplicações do concreto.

- O revestimento de zinco fornece também proteção contra a corrosão dos vergalhões antes de serem embutidos no concreto.

- De uma forma geral, os vergalhões galvanizados podem ser tratados do mesmo modo que os vergalhões sem revestimento e não exigem precauções especiais para proteger o revestimento durante o manuseio, transporte e instalação na obra. A aderência dos vergalhões galvanizados ao concreto não é menor do que a dos vergalhões sem revestimento e, em muitos casos, é ainda maior. Isso permite utilizar as mesmas especificações de projeto no concreto armado (tamanho das barras, comprimentos das sobreposições etc), que se aplicam no caso dos vergalhões sem proteção.

- Essas características dos vergalhões galvanizados reduzem sensivelmente o risco de que sejam afetados pela corrosão, que é a responsável – como já mencionamos – pelo aparecimento de manchas de óxido, de rachaduras e de fragmentação do concreto. Portanto, o uso de vergalhões galvanizados prolonga os intervalos de manutenção das estruturas de concreto e reduz substancialmente o custo de manutenção como um todo.

Estudos de campo das instalações com vergalhões galvanizados
A experiência prática e as pesquisas durante muitos anos demonstraram claramente as vantagens da galvanização para a proteção anticorrosão do reforço em aço em muitos tipos de ambientes, incluindo situações de exposição a uma alta concentração de cloreto. A galvanização tem demonstrado retardar o início da corrosão nas armaduras de aço e reduz o risco de danos físicos nas estruturas de concreto, causados por delaminação, rachaduras e fragmentação.

Dentre centenas de exemplos mundiais, citaremos apenas dois casos para ilustrar a importância do que dissemos:

- Pisos de pontes nos Estados Unidos 
As inspeções periódicas realizadas em muitos pisos de pontes nos Estados Unidos, incluindo a retirada de amostras de seções dos vergalhões galvanizados, demonstraram que os mesmos sofreram somente corrosão superficial e que os pisos estavam em boas condições e sem rachaduras. Em muitos casos, os pisos das pontes examinadas tinham mais de 30 anos e continham níveis de cloreto relativamente altos, muito além do valor limite estabelecido pelo Comitê 201 do Instituto Americano do Concreto para corrosão em vergalhões de aço não tratados. Mais detalhes desses relatórios podem ser obtidos no site www.galvanizedrebar.com.

- A experiência das Bermudas
Desempenho similar dos vergalhões galvanizados foi obtido nas Ilhas Bermudas, o que confirma a durabilidade a longo prazo do concreto armado com vergalhões galvanizados, em ambientes marinhos. Há mais de 50 anos, todos os cais, quebra-mares, pisos e pontes, sub-estruturas e outras infra-estruturas nas Bermudas são regularmente construídos com vergalhões galvanizados. Em 1995, uma inspeção com a retirada de material do interior da Ponte Longbird, que na ocasião tinha 42 anos, revelou que os vergalhões galvanizados ainda tinham a espessura do revestimento de zinco muito além dos valores da nova especificação para revestimento galvanizado por imersão a quente, mesmo com níveis de cloreto altos. 

Além disso, um exame detalhado das amostras do concreto dessas estruturas revelou que os produtos resultantes da corrosão do zinco migraram para uma distância considerável, a partir da interface zinco/concreto, para o interior da matriz do concreto circundante, sem produzir nenhum efeito visível no concreto.

Aspectos econômicos dos vergalhões galvanizados
A galvanização por imersão a quente é um investimento pequeno, mas muito importante. É usada exaustivamente em todo o mundo, todos os anos, para proteger milhões de toneladas de aço contra a corrosão, sendo um serviço amplamente disponível, com um custo muito competitivo em relação a outros sistemas de proteção contra corrosão ao aço.

Quando comparado ao custo total da construção ou da edificação, e aos enormes custos potenciais associados à manutenção prematura do concreto danificado ou falhas da estrutura, o custo adicional pago pelo vergalhão galvanizado é muito pequeno e plenamente justificado.

Exemplo brasileiro de utilização de vergalhão galvanizado: Museu Iberê Camargo - Porto Alegre 
Vergalhões galvanizados estão sendo utilizados na construção do Museu Iberê Camargo em Porto Alegre/RS. É a primeira vez que o processo é utilizado no Brasil com a finalidade de proteger os vergalhões contra a corrosão. O andamento desta obra pioneira pode ser acompanhado pela internet através do endereço: www.iberecamargo.org.br/content/novasede/alvaro.asp

Flávio Penha Junior e engenheiro metalurgista, diplomado pela Escola de Minas e Metalurgia da Universidade Federal de Ouro Preto – UFOP. Atualmente é coordenador de Desenvolvimento de Mercado da Votorantim Metais Zinco.

E-mail: flavio.penha@vmetais.com.br

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