PorPaulo Silva Sobrinho
Vergalhão galvanizado por imersão a quente
Introdução
O artigo apresenta os proble- mas da corrosão do vergalhão no concreto armado que muitas vezes somente se revelam quan- do a estrutura está bastante com- prometida. Apresenta a Galvani- zação por Imersão a Quente co- mo a solução mais eficiente na proteção contra a corrosão de vergalhão, a exemplo do que já acontece há mais de ?O anos nos Estados Unidos e Europa, com respectivos cases e o mais recente aqui no Brasil, além de outras aplicações de galvanização.
Introduction
The article presents the prob- lems of the corrosion of the rebar in the armed concrete that many times only show when the struc- ture sufficiently is compromised.
Presents the Hot-dip galvanizing as the solution most efficiem in the protection against the rebar corrosion, the example of what already it happens more than has 50 years in the United States and Europe, respecrive cases and most recent here in Brazil, beyond other applications of gal- vanization.
o problema da corrosão nos vergalhões
Por mais de 50 anos, os reves- timentos de zinco obtidos atra- vés de galvanização por imersão a quente têm sido usados ao redor do mundo para proteger os ver- galhões da corrosão, de modo econômico e eficaz.
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,
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Artigo Técnic
Hot-dip galvanized rebar
o oxigênio, o dióxido de carbono e outros gases se infiltrarn na matriz de concreto, eventual- mente atingindo os vergalhões.
Para, cada mistura de concreto, em alguns níveis críticos de ele- mentos corrosivos, o aço despas- siva-se e a corrosão se inicia. O concreto por si só exibe boa resis- tência de compactação, mas pos- sui pouca resistência de tensão, geralmente cerca de um décimo da. resistência de compactação.
Quando o ferro se enferruja, os produtos resultantes da corrosão são 2-10 vezes mais volumosos do que o aço original, o que gera tensão que excede a capacidade de tensão do concreto ao seu redor, fazendo-o rachar e frag- mentar-se. Após a rachadura ter ocorrido, a capacidade estrutural do elemento pode ser compro- metida, podendo ser necessários reparos caros para ampliar sua vida útil.
Como prevenir a corrosão dos vergalhões
Uma linha de defesa impor- tante é proteger o próprio verga- lhão por galvanização por imer- . são a quente. Os revestimentos
obtidos através de galvanização por imersão a quente formam uma barreira constituída de camadas intermediárias de ferro- zinco e zinco metálico ao redor do aço, que isola a superfície do aço do concreto ao redor. Os ver- galhões galvanizados oferecem muitas vantagens sobre os verga- lhões convencionais sem prote- ção, incluindo:
• O zinco possui limite de con- centração de cloreto mais alto para corrosão que o aço desco- berto. Isso retarda significativa-
mente o InIClO 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 cor- rosão 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 pro- porcionam uma proteção de sacrifício ao aço, o que significa que se ocorrer alguma imper- feição ou rachadura no revesti- mento expondo o aço, a corro- são se concentrará preferencial- mente na camada e zinco cir- cundante, proporcionando as- sim uma proteção eletroquími- ca ao aço exposto. Desta forma, o revestimento galvanizado não pode ser debilitado pelos pro- dutos resultantes da corrosão do ferro, como ocorre no caso de outros revestimentos tipo barreira, por exemplo, o epóxi.
• A maior resistência à corrosão dos vergalhões galvanizados permite uma maior tolerância à diversidade e aplicações do concreto.
• O revestimento de zinco forne- ce proteção contra a corrosão dos vergalhões antes de serem embutidos no concreto.
Essas características dos ver-
galhões galvanizados reduzem
sensivelmente o risco de que se-
jam afetados pela corrosão, que é
a responsável pelo aparecimento
de manchas de óxido, de racha-
duras e de fragmentação do con-
creto. O uso de vergalhões galva-
nizados prolonga os intervalos de
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manutenção das estruturas de concreto e reduz substancial- mente o custo de manutenção como um todo.
Vergalhões galvanizados por imersão a quente
De uma forma geral, os ver- galhões galvanizados podem ser tratados do mesmo modo que os vergalhões sem revestimento e não exigem precauções especiais para proteger o revestimento du- rante o manuseio, transporte e instalação na obra. Assim mes- mo, a aderência dos vergalhões galvanizados ao concreto não é menor do que a dos vergalhões sem revestimento; e em muitos casos é ainda melhor. Isso permi- te utilizar as mesmas especifica- ções de projeto no concreto ar- mado (tamanho das barras, com- primentos das sobreposições, etc.), que se aplicam no caso dos vergalhões sem proteção.
Aplicações do vergalhão galvanizado
O uso dos vergalhões galvani- . zados e outros acessórios (incluindo parafusos, amarras, âncoras, barras de segurança e tubulações) está amplamente generalizado em diversas estrutu- ras e elementos de concreto reforçado. Algumas das aplica- ções em que a galvanização das estruturas leva a uma decisão de engenharia rentável são as seguintes:
• iníra-estrutura de transporte, incluindo pisos de pontes, pa- vimentos de estradas e barreiras de segurança;
• os elementos de proteção pré- moldados leves para fachadas e outros elementos arquitetôni- cos de construção;
• vigas e pilares exteriores e forja- dos, expostos às intempéries;
• construções pré-fabricadas in- cluindo elementos tais como módulos de cozinhas e banhei- ros e barracões móveis;
• elementos submersos ou enter-
Figura 1 - Efeito da corrosão nas armaduras de aço
rados sujeitos aos efeitos da á- gua subterrânea e às flutuações das marés;
• estruturas costeiras e marítimas;
• estruturas de alto risco instala- das em ambientes agressivos.
Existem muitos exemplos ao redor do mundo onde os verga- lhões galvanizados têm sido usa- dos com sucesso em diversos tipos de edificações, estruturas e construções de concreto reforça- do, incluindo:
• pisos e pavimentos de pontes em concret'? reforçado;
• torres de resfriamento e chami- nés;
• armazéns para armazenagem de carvão;
• revestimentos de túneis, tan- ques e instalações para armaze- nagem de água;
• cais, quebra-mares e platafor- mas marítimas;
• marinas e ancoradouros flu- tuantes;
• diques e balaustradas costeiras;
• fabricas de papel, plantas de
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neamento e tratamento de á- guas residuais;
• instalações industriais e plantas de produtos químicos;
• equipamentos, fixações para auto-estradas e barreiras de proteção;
• postes e torres de transmissão de energia feitos em concreto.
Alguns exemplos de países que possuem estruturas impor- tantes utilizando o vergalhão galvanizado são: Austrália, Nova Zelândia, índia, Japão, Estados Unidos, Canadá, Londres, Itália, Holanda.
A experiência das Bermudas A experiência prática e as pesquisas durante muitos anos demonstram claramente as van- tagens da galvanização para a proteção anticorrosão do reforço em aço em muitos tipos de ambientes, incluindo situações de exposição a uma alta concen- tração de cloreto. A Galvanização tem demonstrado retardar o iní-
Figura 2 - Vergalhõesgalvanizados no canteiro de obras
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Figura 3 - Canais de resfriamento para água do marta), túnel ferroviário(b), barreiras de segurança(c) e túnel(d)
cio da corrosão nas armaduras de aço e reduz o risco de danos físi- cos nas estruturas de concreto, causados por delaminação, racha- duras e fragmentação.
Desempenho similar dos ver- galhões galvanizados foi obtido nas Ilhas Bermudas, o que con- firma a durabilidade a longo pra- zo do concreto armado com ver- galhões galvanizados, em ambi- entes marítimos. Há mais de 50 anos, todos os cais, quebra-ma- res, pisos de pontes, subestrutu- ras e outras infra-estruturas nas Bermudas são regularmente construídos com vergalhões gal- vanizados. Em 1995, uma inspe- ção com a retirada de material do interior da Ponte Longbird, que na ocasião tinha 42 anos, revelou que os vergalhões galvanizados
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ainda tinham a espessura do revestimento de zinco muito além dos valores da nova especi- ficação para revestimento galva- nizado por imersão a quente, mesmo com níveis de cloreto no _ concreto entre 3 a 9 libras/jarda
cúbica (1 a 4 kg/m
3).Além disso, um exame detalhado das amos- tras do concreto dessas estruturas revelou que os produtos resul- tantes da corrosão do zinco migraram para uma distância considerável (cerca de 0,4 rnm), a partir da interface zinco/con- creto, para o interior da matriz do concreto circundante, sem pro- duzir nenhum efeito visível no concreto. Os estudos demons- tram que em concreto de boa qualidade e que esteja bem com- pactado, bem conservado e com
uma espessura adequada de reco- brimento, os vergalhões galvani- zados se conservam por períodos mais longos e são um método econômico de proteção à corro- são. Em concretos de má quali- dade, particularmente aqueles que contêm uma elevada pro- porção de água/cimento e um recobrimento deficiente sobre a armadura, a galvanização retar- dará o aparecimento da corrosão do reforço provocada pela pre- sença de cloreto, mas seus efeitos são mais limitados.
Como o zinco protege o vergalhão no concreto
A proteção contra corrosão
oferecida pela galvanização aos
vergalhões do concreto armado
deve-se a uma combinação de
Figura 4 - Pier no Royal Bermuda Yacht C/ub(a) e Central de energia de Tynes Bay Bermudas(b)
vários efeitos benéficos. De pri- mordial importância é o limite de cloretos que determina o iní- cio da corrosão, que é subspn- cialmente mais alto (2-4 vezes) no caso do aço galvaniz;tdo, em comparação ao aço sem revesti- mento. 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 pro- duzidos pela carbonatação, à medida que o concreto envelhe- , ce. Mesmo quando se inicia a
corrosão do revestimento de zinco, sua velocidade de corro- são 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 compos- tos minerais mais pulverulentos e menos volumosos do que os da corrosão do ferro e são capa- zes de migrar da superfície do vergalhão galvanizado para a matriz do concreto adjacente.
Por isso, a corrosão do revesti- mento de zinco provoca muito poucas rupturas físicas no con- creto ao seu redor.
Também há evidências que sugerem que a difusão dos pro- dutos 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 inter- face, que dá acesso ao revesti- mento de zinco. As reações entre o zinco e o concreto e a difusão dos produtos de corro- são resultantes também expli- cam porque os vergalhões gal- vanizados têm uma aderência tão boa ao concreto.
Reação inicial do zinco no concreto fresco
Quando o zinco reage com o concreto úmido, ocorre a for- mação de hidroxizincato de cál- cio, acompanhado pela evolu- ção do hidrogênio. Este produ- to da corrosão é insolúvel e pro- tege a camada de zinco subja- cente (sempre e quando o pH da mistura de concreto circun- dante esteja abaixo de 13,3). As pesquisas têm provado que durante este período de reação inicial e até que a passivação do revestimento e o endurecimen- to do concreto ocorram, parte da camada de zinco puro do revestimento é dissolvida.
Entretanto, esta reação mr- cial cessa quando ocorre o en- durecimento do concreto e há a formação da camada de hidro- xizincato. As análises dos verga- lhões galvanizados, recolhidos de estruturas em campo, indi- cam que o revestimento perma- nece neste estado de passivação por períodos de tempo mais longos, mesmo estando expos- tos aos altos níveis de cloreto do concreto circundante.
No caso de concreto com pH elevado ou quando se espe- ra a presença de uma certa con- centração residual de cloretos, a superfície do zinco pode ser passivada, usando-se vários pós- tratamentos comerciais, com o intuito de protegê-Ia contra a evolução excessiva de hidrogê- nio, o que pode, em casos mais extremos, reduzir a força de aderência dos vergalhões. Quan- do o concreto se encontra em condições normais, as pesquisas têm demonstrado que não exis- te nenhuma diferença estatísti- ca na força de aderência do ver- galhão galvanizado, tanto no caso de ter sido passivado como no caso de não ter sido.
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