UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
FÁBIO LUCAS BAUDSON FÉLIX
ESTUDO DAS CORROSÕES EM ESTRUTURAS DE AÇO
LOCALIZADO NO MUNICÍPIO DE SINOP-MT
UNEMAT
2014/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
FÁBIO LUCAS BAUDSON FÉLIX
ESTUDO DAS CORROSÕES EM ESTRUTURAS DE AÇO
LOCALIZADO NO MUNICÍPIO DE SINOP-MT
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Me Maicon José Hillesheim
UNEMAT
2014/2
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Esquema de pilha elétroquimica ... 13
Figura 2- Pilha galvânica entre ferro e cobre... 13
Figura 3- Corrosão uniforme em coluna de aço ... 17
Figura 4- Corrosão Galvânica em terça corrida... 17
Figura 5- Pontos de Corrosão ... Erro! Indicador não definido. Figura 6- Corrosão por Fresta ... 19
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: DETERMINAÇÕES DAS CAUSA MAIS FREQUENTEM DE CORROSÕES EM ESTRUTURAS DE AÇO LOCALIZADO NO MUNICIPIO DE SINOP-MT.
2. Tema: 30102030 Área: ESTRUTURAS METÁLICAS 3. Delimitação do Tema: Patologia
4. Proponente(s): Fábio Lucas Baudson Félix 5. Orientador(a): Prof. Me. Maicon José Hillesheim 6. Coorientador(a):
7. Estabelecimento de Ensino: UNEMAT – Universidade do Estado de Mato Grosso
8. Público Alvo: Alunos e profissionais da área. 9. Localização: está em fase de negociação 10. Duração: 6 meses
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 8 3 JUSTIFICATIVA... 9 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11 5.1 PATOLOGIAS DO AÇO ... 11 5.1.1 Corrosão ... 11 5.1.1.1 Pilhas eletroquímicas ... 12
5.1.1.2 Pilhas de eletrodos metálicos diferentes. ... 13
5.1.1.3 Pilha de ação local ... 14
5.1.1.4 Pilha de concentração... 14
5.1.2 Meio corrosivo ... 14
5.1.2.1 Corrosão atmosférica ... 15
5.1.2.2 Corrosão pela água... 15
5.1.2.3 Corrosão pelo solo ... 15
5.1.3 Corrosão em estrutura em aço ... 16
5.1.4 Tipos de Corrosão em estruturas em aço ... 16
5.1.4.1 Corrosão Uniforme ... 16
5.1.4.2 Corrosão Galvânica ... 17
5.1.4.3 Corrosão por Pontos ou Pite ... 18
5.1.4.4 Corrosão por Frestas ... 18
6 METODOLOGIA ... 20
6.1 VISTORIA EM OBRA ... 20
6.2 DIAGINOSTICO ... 21
6.3 TERAPIA NAS PATOLOGIAS ... 22
7 CRONOGRAMA ... 23
1 INTRODUÇÃO
Os motivos pelos quais se deve estudar o aço e suas patologias, advém da falta de conhecimento de muitos engenheiros, que preferem trabalhar com o concreto, pois sob vários aspecto é mais difundido e de acesso mais comum ao mercado.
Se olharmos para a gama de construções existentes em Mato Grosso, ou mesmo na cidade de Sinop, boa parte da sua totalidade é construída de concreto.
As estruturas de aço em edificações, na sua evolução podem ser mais econômicas e mais rápidas no processo de construção, que a alternativa de concreto que é mais usada. Se considerarmos o tempo de cura do concreto e a instalação de uma mesma estrutura de aço, veremos que desse ponto de vista, o aço leva vantagem. Numa obra comercial qualquer antecipação representa redução de tempo de amortização do investimento, portanto bem vinda. Desta forma a velocidade da obra com aço vai além dos outros meios mais comumente empregados.
No entanto este tipo de construção demanda um estudo mais aprofundado do uso do aço, pois com o tempo pode sofrer avarias comprometendo a obra realizada. Em outras palavras implantar o aço nas construções, implica em saber também sobre seus males, ou seja, sua patologia.
O estudo da patologia, ou seja, das diferentes patologias do aço, faz-se necessário, pois o mesmo tem natureza e características bastante diferenciadas das da madeira e do concreto armado. Portanto os problemas que surgem na utilização do mesmo são de natureza específica, e saber trabalhar com os problemas advindos da construção em aço é de vital importância para manter o desempenho da construção em valores aceitáveis durante sua vida útil.
Entender as patologias do aço na construção civil serve para orientar as intervenções, de forma a otimizar os custos e processos de recuperação de acordo com as normas. Vista também subsidiar na prevenção, através de controle de qualidade mais apurado.
O pouco conhecimento sobre estruturas de aço e sua modalidades patológicas causa problemas maiores e muitas vezes são resolvidos de maneira inadequada ou ineficientes.
Este trabalho tem como objetivo analisar o aço nas construções contribuindo para o uso ele na cidade de Sinop.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Diversas obras da engenharia localizadas no município de Sinop são construídas em aço, nesse contexto surgem algumas indagações;
I. As obras estão em bom estado, ou seja, as corrosões presentes estão em um nível aceitável?
II. É grande o numero de obras em estruturas de aço com corrosões? III. Existe correlação com o tipo de corrosão com uso da obra?
IV. As corrosões existentes poderiam ter sido evitadas?
V. Existe corrosão advinda de erro de concepção de projeto, execução do projeto e utilização da obra?
3 JUSTIFICATIVA
Em Sinop, pouco se sabe sobre as existências de corrosões em estruturas de aço e sua relação com o meio, isso pode inicialmente acarretar prejuízos as estruturas existentes no município e ao longo da vida útil, provocando a ocorrência do estado limite de serviço ou até mesmo o estado limite último da estrutura.
A realização desse projeto proporcionará informações relevantes sobre os tipos de corrosões encontradas nas estruturas em aço que serão levantadas e, consequentemente facilitará aos profissionais e empreendedores a tomada de medidas corretivas e preventivas. A leitura do referido trabalho servirá, tanto para projetos em execução como também para obras já existentes no município de Sinop-MT.
Nas análises das corrosões o interessado pode verificar a existência das mesmas, buscar informações a respeito de correções e prevenções, e no final avaliar a gravidade dos danos, buscando técnicas adequadas para uma solução adequada.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Levantar dados sobre as possíveis patologias existentes nas obras construídas em aço no município de Sinop.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
i. Verificar a existência de patologia; ii. Correlacionar com o uso da construção; iii. Detectar as causas das patologias;
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Em uma estrutura onde o material a ser utilizado seja o aço, devem-se ter alguns cuidados. Desde o andamento do projeto até sua execução, pois qualquer erro pode causar uma patologia na obra, acarretando prejuízo.
A determinação da causa das patologias ajuda a identificar e diagnosticar, classificando de acordo com a agressividade e seus efeitos.
5.1 PATOLOGIAS DO AÇO
Segundo Antonizazzi apud Bruno (2012) a definição de patologia na área da construção civil é uma ramificação da engenharia que estuda as origens dos sintomas, suas manifestações, causas, bem como os defeitos que ocorrem na edificação.
As patologias em aço são divididas em diferentes formas como corrosão localizada, corrosão generalizada, deformação excessivas e flambagem geral ou local mais apenas serão abordada os tipos de corrosões existentes em estruturas em aço.
5.1.1 Corrosão
Num aspecto muito difundido e aceito universalmente pode-se definir corrosão como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. A deterioração causada pela interação físico-quimica entre o material e seu meio operacional representa alterações prejudiciais indesejáveis sofridas pelo material, tais como desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado para uso. (GENTIL, 1995, p.1)
Segundo Chiaverini (2005, p. 359), corrosão é um aspecto químico ou eletroquímico. O tamanho e a origem de sua corrosão são de fato da sua natureza do meio circunvizinho e do tipo de metal ou liga metálica sofrida pela ação de corrosão.
Gentil (1995, p. 8) analisa a corrosão como um procedimento causado pelas reações químicas e eletroquímicas que passa na superfície do metal, causando sua destruição.
A corrosão é um processo que ocorre em diversos tipos de materiais metálicos como zinco, manganês, zinco, etc., como também os metais nobres como prata, ouro e platina. Este fenômeno chamado corrosivo abrange muitos metais, com ênfase nos materiais por suas características de oxidação. Devido a este fato, a
ocorrência do referido fenômeno em diferentes lugares mostra-se prejuízos em perdas de materiais, causando acidentes, até que se encontre seu mecanismo de atuação. Como o evento chamado corrosão contempla vários mecanismos, é de vital importância o estudo de cada mecanismo para se obter o diagnóstico e repará-lo se possível.
5.1.1.1 Pilhas eletroquímicas
O estudo de caso denominado corrosão, tem demonstrado a importância das pilhas eletroquímicas. Estas pilhas são compostas pelos seguintes elementos:
i. Anodo: Sendo um eletrodo em que acontece a corrosão e onde a corrente elétrica entra no eletrólito na forma de íons metálicos positivos.
ii. Eletrólito: É um condutor, na sua maioria de forma líquida, com base em íons, que serve como transporte da corrente elétrica do anodo para o catodo.
iii. Catodo: São cargas negativas que provocam reduções, usando a corrente elétrica que sai do eletrólito ou eletrodo.
iv. Circuito metálico: Escoam elétrons do anodo e do catodo, através de uma ligação metálica, no sentido anodo- catodo.
A diminuição da oxidação pode ocorrer na medida em que se ausente um desses componentes da pilha eletroquímica, com exceção do anodo. (Figura 1.)
Figura 1- Esquema de pilha elétroquimica Fonte: Gentil (1995)
5.1.1.2 Pilhas de eletrodos metálicos diferentes.
“É o tipo de pilha de corrosão que ocorre quando dois metais ou ligas diferentes estão em contato e imerso num mesmo eletrólito, é chamada de pilha galvânica.” (GENTIL, 1995, p. 29).
A Figura 2 é um exemplo de reação de pilhas de metais diferentes com uma reação de diferença de potencial onde se encontram em uma solução eletrólito, fechando um circuito elétrico no qual o metal com maior capacidade a ceder elétrons (no caso o Zinco) atuará como anodo e o ferro como catodo. Assim surge a pilha eletroquímica de eletrodos metálicos diferentes, denominada pilha galvânica.
Figura 2- Pilha galvânica entre ferro e cobre Fonte: Gentil (1995)
Em certos alicerces e comum encontrar esse tipo de corrosão por pilhas galvânicas. A galvanização de telhas, parafusos, porcas entre outras mostram o maior exemplo de metais em contato entre aço-carbono e zinco.
5.1.1.3 Pilha de ação local
Segundo Masiero (2011, p. 8) fenômeno chamado corrosão por pilha de ação local acontece quando uma corrente elétrica, em contato com os anodos e catodos desencadeia o processo em várias partes do metal. As maiores diferenças de potencial num mesmo metal em focos diferentes são: Inclusões, segregações, bolhas e trincas; estados diferentes de tensões; polimento diferencial; diferença no tamanho e no contorno dos grãos; tratamento térmico diferente, materiais de diferentes épocas de fabricação; diferenças de temperatura e de iluminação.
5.1.1.4 Pilha de concentração
De acordo com Masiero (2011, p.9) elas podem ser divididas em dois subtipos. Pilha de concentração iônica e pilha de aeração diferencial. No primeiro caso, ocorre quando o material metálico tem contato com diferentes concentração de um mesmo eletrólito. Já o segundo, caso ocorre quando a concentração de gases dissolvidos é diferente em um mesmo eletrólito.
5.1.2 Meio corrosivo
Gentil (1995, p. 50) descreve de forma clara os diferentes meios externos de corrosão.
Os meios corrosivos mais frequentemente encontrados estão: na atmosfera, na água, no solo e em produtos químicos. A temperatura ou a proximidade com o metal irá influenciar na posterior ação corrosiva.
A ação corrosiva, no entanto, só ocorre quando há a presença do anodo, do catodo, ligações elétricas e do eletrólito. Esse último elemento também pode ocorrer em edificações pela interferência atmosférica, da água e do solo.
As interferências citadas são responsáveis pela maior parte de corrosão de estrutura metálica.
5.1.2.1 Corrosão atmosférica
Chiaverini (1996, p. 360), afirma que em áreas urbanas os agentes corrosivos existentes são óxidos sulfurosos gasosos que se originam de combustíveis fósseis de carros, indústrias e usinas termoelétricas a carvão mineral. Em área litorânea atua como meio corrosivo a ação da água do mar que é trazida eventualmente pelo ar.
A corrosão atmosférica pode se classificada de acordo com o grau de umidade relativa na superfície metálica seca, úmida ou molhada.
-Corrosão atmosférica seca: Decorrente de uma oxidação lenta isenta de umidade sem a presença de um eletrólito. Seu mecanismo é considerado químico no qual o escurecimento da prata ou cobre é pela presença de gás sulfídrico na atmosfera ou meio.
-Corrosão atmosférica úmida: Ocorre em atmosfera com umidade relativa menor que 100% com uma pequena camada de eletrólito na superfície metálica.
-Corrosão atmosférica molhada: Ocorre em atmosfera com umidade relativa próxima a 100% com a condensação da superfície metálica. Seu exemplo é a chuva ou nevoa salina depositada na superfície metálica deixando-a molhada.
5.1.2.2 Corrosão pela água
A ação corrosiva causada tanto pela agua doce ou salgada é feita por sais dissolvidos que pode ser corrosivo com o material submerso.
“Na apreciação do caráter corrosivo da água, também devem ser considerado o pH, a temperatura, velocidade, e ação mecânica”. (GENTIL, 1995, p. 57).
5.1.2.3 Corrosão pelo solo
Segundo Chiaverini (1996, p. 361) corrosão no solo é definida por seu baixo pH existente, sua correntes parasitas, a baixa resistividade e à ação de bactérias, entretanto a água e oxigênio são também fatores corrosivos.
Esse tipo de corrosão é visível em tubulações, cabos subterrâneos, estacas metálicas, pilares entre outros, quando enterrados no solo.
5.1.3 Corrosão em estrutura em aço
Em uma estrutura metálica sempre pode ocorrer fenômeno chamado corrosão. Os seus efeitos são de origem natural e, temos que nos adaptar com sua ocorrência. Nas edificações com materiais metálicos, frequentemente se encontra a ação corrosiva em peças como ferragens, esquadrilhas, aço estrutural entre outros.
O objetivo a ser estudado nesse capitulo é de entender as diversas causas de que levam ao desenvolvimento da corrosão em edificações metálicas, e assim ter um diagnóstico correto para cada estrutura.
5.1.4 Tipos de Corrosão em estruturas em aço
Os tipos as serem apresentados podem ocorrer de varias formas de atuação, com seus mecanismos corrosivos diferentes. Desta forma pode se dizer que, a corrosão surge de acordo com sua morfologia, causas ou mecanismos, fatores mecânicos e por meio corrosivo.
Segundo Gentil (1995 p. 39) a definição de cada tipo de corrosão contribui para a indicação de mecanismos de superação e, na aplicação de medidas corretas de prevenção. As formas de corrosão encontradas em estruturas metálicas são divididas em:
i. Uniforme ii. Galvânica
iii. Por pontos ou Pite iv. Por Frestas
5.1.4.1 Corrosão Uniforme
Segundo Pannoni (2007, p.20) sua característica por ser uma corrosão que atua em todas as superfícies metálicas é a mais simples e comum encontrada em estruturas em aço, demonstra uma perda uniforme de sua espessura como mostra a figura 3.
Figura 3- Corrosão uniforme em coluna de aço Fonte: Casto (1995)
Sua causa é devido a exposição do aço carbono, em meio agressivo com a falta de um sistema protetor. Este problema pode ser aumentado em razão de erros de projeto, como a má disposição de perfis acumulando água ou poeira.
A prevenção deste fenômeno pode ser feita com uma limpeza de jato de areia e a renovando a pintura. Em caso de corrosão mais grave deve-se optar por um reforço ou, a substituição da peça.
5.1.4.2 Corrosão Galvânica
Gentil (1995, p.77) diz que, a corrosão galvânica se origina, quando dois metais com diferença de potencial entram em contato, tendo em consequência a transferência de elétrons em um mesmo eletrólito, a figura 4 mostra o aspecto desse tipo de corrosão.
Fonte: (Castro 1999)
Este tipo de corrosão é de fácil visualização em estruturas metálicas. Sua causa é encontrada em porcas, parafusos, terças, e são devidos a erros de projeto.
O controle pode ser evitado com o isolamento dos metais ou usando metais com valores de potencias iguais, com o objetivo de não haver troca de elétrons. Pode-se também usar uma proteção catódica, com a intenção dos elementos
metálicos se comportarem como cátodo de uma pilha eletrolítica, com o uso de metal de sacrifício. Portanto, a estrutura vai assumir uma forma de agente oxidante e receberá a corrente elétrica do meio, atuando sem perder elétrons para outros metais.
5.1.4.3 Corrosão por Pontos ou Pite
Segundo Gentil (1995, p. 39), este fenômeno se origina em pontos pequenos, em certas áreas da superfície metálica surgindo pites, que se caracteriza por formar cavidades com forma angulosa e profundidade maior que seu diâmetro como mostra a figura 5.
Figura 5- Corrosao por pite Fonte:(ABQ 2006)
Seu processo de corrosão pode ser de difícil visualização no seu processo inicial, pois sua ação é pequena comparada à profundidade que atinge. Sua ocorrência surge em locais aquosos, salinos ou com drenagens insuficientes.
Para evitar sua ação corrosiva deve-se evitar acumulo de elementos na superfície metálica. Para cada grau de ocorrência de corrosão deste fenômeno deve-se realizar uma limpeza no local, e se a estrutura estiver muito comprometida deve-se colocar um reforço ou até mesmo substituir sua peça.
5.1.4.4 Corrosão por Frestas
Sua ação é formada no ponto no qual existam duas superfícies em contato ou próximas a 0,025 a 0,1 mm (figura 6).
Figura 6- Corrosão por Fresta Fonte: Casto (1999)
Sua ocorrência se dá pelo fato da água se alojar nas fendas disponíveis, formando neste local uma pilha de aeração diferencial, no qual o oxigênio nas bordas é superior a das áreas mais internas da fenda tornando uma região anódica.
Para evitar sua processo de corrosão deve-se fazer uma limpeza superficial, secagem do interior da fenda, e a vedação com um liquido selante. Caso seu estagio esteja mais crítico deve-se reforçar a estrutura ou até substituir a peça.
6 METODOLOGIA
O estudo será feito com base em 10 obras localizadas no município, onde será avaliada os diversos tipos de corrosões que poderão ser encontradas. Essas obras serão escolhidas de acordo com a sua finalidade de uso e conforme a permissão dos proprietários ou responsáveis.
A pesquisa será divida nas seguintes fases:
Na primeira fase será feita a vistoria para detecção das corrosões existente e mapear seu lugar de origem para identificar onde elas ocorrem mais em seu ambiente.
Na segunda fase será correlacionada as corrosões com as possíveis causas, a análise visual já possibilita fazer esse enquadramento.
Na quarta fase será feito um levantamento das possíveis soluções e precauções para as patologias encontradas.
6.1 VISTORIA EM OBRA
Esta primeira fase da pesquisa será feita uma inspeção na obra, com o objetivo de identificar as corrosões existentes de acordo com o meio na qual a obra se encontra.
Na segunda parte do projeto será feito o mapeamento dos pontos onde se encontram com a finalidade de classificar qual o meio agressivo, o tipo de corrosão, seu índice de acontecimento para um levantamento de dados de suas principais causas.
Esse mapeamento será realizado da seguinte maneira: Será usada uma ficha que conterá uma coluna listando os possíveis locais que possam apresentar patologia, de modo a direcionar as atenções do vistoriador quando o mesmo se encontrar no local de estudo, minimizando as possiblidades de problemas passarem despercebidos. Além dos locais citados na ficha, o vistoriador observará ainda levantará outros locais que possam apresentar outras patologias.
6.2 DIAGINOSTICO
Já em mãos o mapeamento completo da estrutura, esta etapa tem como objetivo de quantificar as corrosões em relação a seus defeitos, com cada tipo de ação corrosiva encontrada. Será construído um gráfico de barras com a porcentagem de incidentes de corrosões encontras em cada obra, sendo assim esse gráfico indicara as causas mais comuns para cada obra. Posteriormente será feita a junção de todos os gráficos realizados para cada uma das obras estudadas, com o objetivo de identificar as causa mais comum no município de Sinop-MT.
CASO LOCAL TIPO DE CORROSÃO PREVENÇAO E CORREÇÃO
CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4 CASO 5 CASO 6 CASO 7 CASO 8 CASO 9 CASO 10
6.3 TERAPIA NAS PATOLOGIAS
Com as patologias já mapeadas e identificadas na parte da vistoria em obra será abordada em uma planilha cada tipo de corrosão encontrada na edificação com a sua causa, seus efeito e a possível solução e prevenção para o tratamento da edificação.
7 CRONOGRAMA
ATIVIDADES
2014-2015
OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABRI MAI Aprovação do projeto
de pesquisa
Levantamento Escolha das obras e Vistoria
Elaboração do projeto Levantamento de dados Análise Redação do Artigo Revisão e entrega oficial do trabalho Defesa
8 BIBLIOGRAFIA
CASTRO, E.M.C. Patologia dos edifícios em estrutura metálica. Ouro Preto, Minas Gerais, 1999.p.184.
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CHIAVERINI, V. – Aços e Ferros Fundidos. 3a Edição, ABM, 1995.p.561. GENTIL, V. – Corrosão. Livros Técnicos e Científicos S.A. Rio de Janeiro, 3a Edição.1995.
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