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Vergalhão Galvanizado: Durabilidade e segurança para sua obra
Exemplos de estruturas deterioradas por corrosão de armaduras
Mecanismo de corrosão do vergalhão no concreto armado

Em condições ideais, o próprio concreto confere ao aço uma dupla proteção: por um lado, é uma barreira física que o separa do meio ambiente e, por outro, o ambiente altamente alcalino do cimento hidratado (pH> 12,5) forma uma película protetora (passivação do aço) de caráter duradouro.

Entretanto, as condições ambientais raras vezes são ideais. A corrosão do aço no concreto se inicia e se mantém devido a dois fenômenos principais:

1- Redução da alcalinidade devido à 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 corrosão do concreto armado
Isso resulta em um processo destrutivo contínuo:

1- A corrosão do vergalhão provoca a redução da seção do aço ou até mesmo sua completa conversão em óxido.

2- A aderência entre a armadura e o concreto diminui ou desaparece.

3- O óxido de ferro (FeO) tem um efeito expansivo, o que resulta em tensões de tração no concreto que provocam fissuras e finalmente seu desprendimento da estrutura.(Figura 1)

4- Essas fissuras podem constituir um caminho rápido para a entrada de mais elementos agressivos, gerando um círculo vicioso que compromete a integridade de toda a estrutura. (Figura 2)

5- Finalmente, o concreto perde sua armadura e capacidade de resistência a cargas é reduzida.
Quando a corrosão em determinada região do concreto pode ser observada a olho nu, deve-se considerar que os danos provocados à estrutura estão se iniciando, sugerindo intervenções de reparos.
Por que proteger o vergalhão?

Uma maneira econômica e eficaz de minimizar o risco de corrosão na armadura é garantir uma espessura de cobertura adequada e que o concreto em si seja denso e impermeável. Apesar desse conhecimento, a corrosão das armaduras é uma patologia crônica observada nas estruturas em concreto armado, como, por exemplo, pontes
e viadutos.

Esse pode ser o resultado de má concepção ou da utilização de concreto de qualidade inadequada em condições agressivas. No entanto, também pode ser devido à deficiências simples no recobrimento de concreto, como espessuras insuficientes para a armadura ou porosidade e fissuras, como resultado de condições de preparo e aplicação precárias.

Para atenuar esses efeitos, uma série de abordagens estão disponíveis. Entre elas o revestimento do aço tem sido amplamente utilizado, pois oferece várias de vantagens:

• O aço fica protegido contra a corrosão antes de ser imerso no concreto
• Proporciona maior tolerância à natureza variável do concreto
• Retarda o ínicio da corrosão do aço, reduzindo os riscos de fissuras, manchas de ferrugem e desagregação do concreto
• Reduz a frequência e a magnitude dos reparos do concreto
• Aumenta a vida útil da estrutura
• Proporciona segurança e sustentabilidade a obra
A galvanização como forma de proteção dos vergalhões

A galvanização por imersão a quente destaca-se entre os possíveis métodos de revestimento do vergalhão, pois, além de conferir a proteção por barreira, isolando o aço dos agentes agressivos, confere proteção catódica.

O processo de galvanização por imersão a quente (Figura 3), também conhecido como galvanização a fogo, consiste na imersão do aço em um banho de zinco fundido a 450°C. Durante essa imersão, ocorre uma reação metalúrgica entre o aço e o zinco, produzindo um revestimento contínuo formado por uma série de camadas de liga ferro-zinco e uma camada mais externa de zinco puro.
Essa ligação metalúrgica garante forte aderência do revestimento do zinco no aço, o qual é muito superior se comparada a outras formas de revestimento, como o epóxi aplicado por fusão. Além disso, as camadas de ferro-zinco do revestimento apresentam uma dureza maior que o aço em si (Figura 4), conferindo ao vergalhão galvanizado elevada resistência à abrasão.

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.
O revestimento do vergalhão através da galvanização tem sido utilizado com êxito em diversos países:

• Foi utilizado pela primeira vez nos Estados Unidos na década de 30
• Pode ser aplicado em barras retas ou conformadas
• O revestimento de zinco proporciona proteção por barreira e proteção catódica
• O aço galvanizado resiste à redução de pH do concreto, é mais tolerante à presença de cloretos e possui maior vida útil se comparado ao aço comum (cerca de 4 a 5 vezes)
• Proporciona proteção a longo prazo em diversas condições de exposição.
• É uma forma de assegurar-se contra a corrosão prematura do aço e dos desprendimentos de concreto
• Sua aplicação está padronizada de acordo com normas internacionais (ASTM A767, ISO 14657) que asseguram a qualidade e características de aplicação
Como funciona a proteção proporcionada pela galvanização por imersão a quente?
No caso do concreto armado, a galvanização oferece proteção contra as causas mais frequentes da corrosão:

Carbonatação: Ao penetrar na estrutura do concreto, o CO2 reduz o pH do meio, o que acelera rapidamente a corrosão do aço exposto, cuja perda de passivação se inicia abaixo de pH 12. Em contrapartida, o aço galvanizado não sofrerá esses efeitos produzidos pela carbonatação à medida que o concreto envelhece, pois o zinco tem uma faixa de pH de passivação muito maior que o aço (pH entre 4 e 12).

Tolerância a cloretos: O aço galvanizado pode suportar exposição a concentrações superiores às suportadas pelo aço sem proteção. Quando utilizado o aço sem proteção, deve-se considerar 0,4% como limiar superior de íons de cloreto (Cl-) por massa de cimento. Já para o aço galvanizado, esse limite se eleva a 1,0%. Adicionalmente, a galvanização mantém a integridade do concreto. O zinco sofre corrosão a taxas entre 10-30 vezes inferiores ao aço, dissolvendo-se gradualmente e formando produtos de corrosão que:

• São menos volumosos que os óxidos de ferro equivalentes
• Não têm uma fase expansiva volumosa
• Migram, distanciando-se do contato com o vergalhão, e preenchem as fissuras e vazios no concreto (Figura 5)
• Como resultado, o concreto não sofre deterioração
Desempenho do vergalhão galvanizado

Reação inicial do zinco no concreto fresco

Quando o zinco reage com o concreto úmido ocorre a formação de hidroxizincato de cálcio, acompanhado pela evolução do hidrogênio. Esse produto da corrosão é insolúvel e protege a camada de zinco subjacente (sempre e quando o pH da mistura de concreto circundante estiver abaixo de 13,3).

Pesquisas demonstram que durante esse período de reação inicial e até que a passivação do revestimento e o endurecimento do concreto ocorram, parte da camada de zinco puro do revestimento é dissolvida. Entretanto, essa reação inicial cessa quando ocorre o endurecimento do concreto e há a formação da camada de hidroxizincato. As análises dos vergalhões galvanizados, recolhidos de estruturas em campo, indicam que o revestimento permanece nesse estado de passivação por períodos de tempo mais longos, mesmo estando expostos aos altos níveis de cloreto do concreto circundante.
Aderência do vergalhão galvanizado 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 uma aderência similar à do concreto do vergalhão sem revestimento (Figura 6). Ensaios realizados (1) 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).
Propriedades mecânicas

A dutilidade e a resistência do vergalhão são determinantes para prevenir fraturas no concreto armado. Ensaios realizados (1) (Figura 7) confirmam que o processo de galvanização a quente não afeta as propriedades mecânicas do aço de reforço.
Dobramento

O processo de galvanização a quente não afeta as propriedades mecânicas do aço da armadura e tampouco as características para dobramento. Os vergalhões galvanizados não apresentam trincas nem fissuras na região tracionada quando submetidos ao ensaio de dobramento de 180°C - conforme NBR 6153:1988 – Produtos metálicos – Ensaio de dobramento semiguiado (1).

Os vergalhões galvanizados atendem aos requisitos da norma NBR 7480:2007 - Aço destinado a armaduras de concreto armado

(1)Relatórios de ensaios
MEC/188.551/1/09 – Falcão Bauer
MEC/188.551/2/09 – Falcão Bauer
Projeto, fabricação e instalação
Ao especificar vergalhões galvanizados, os requisitos de projeto e os procedimentos de instalação não devem ser menos exigentes que aqueles utilizados em armaduras não revestidas.

Ao utilizar o vergalhão galvanizado, devem-se observar os seguintes requisitos:
Seleção do aço: Assim como armaduras não protegidas, em conformidade com a norma NBR 7480.

Detalhamento da armadura: Detalhamento de armaduras galvanizadas não inclui requisitos adicionais à prática- padrão usada para armaduras em aço desprotegido.

Dobramento de vergalhões: A conformação de curvaturas e cantos com barras de reforço a galvanizar não deve ser aguda. Quando as barras são curvadas a frio anteriormente à galvanização, devem ser trabalhadas a um diâmetro de curvatura igual ou maior aos descritos pela norma ASTM A767 (Tabela 1). No caso de diâmetros menores, o material deve sofrer tratamento térmico prévio à galvanização (ASTM A767).
Quando as barras são curvadas após a galvanização pode ocorrer fissuras e certo desprendimento na área da dobra. Recomenda-se utilizar velocidades de curvatura mais lentas para evitar danos ao revestimento. Ainda assim fissuras e desprendimentos na área de curvatura podem ser reparados utilizando o procedimento descrito na norma NBR 6323.

Presença de outros metais no concreto: Uma consideração adicional ao usar o aço galvanizado é a possibilidade de estabelecer conexões bimetálicas entre o zinco e o aço sem revestimento. O aço galvanizado não deve ser unido a grandes áreas de aço sem revestimento, cobre ou outros metais, a menos que se aplique isolamento adequado. Arames para amarração, suportes e outras barras também devem ser galvanizados.
Manuseio e armazenamento: Os vergalhões galvanizados podem ser armazenados na intempérie sem afetar seu desempenho anticorrosivo. Isso permite o armazenamento de tamanhos-padrão de modo que estejam disponíveis segundo demanda. Outra característica do vergalhão galvanizado é que pode ser manipulado e disposto da mesma maneira que o vergalhão sem revestimento. Isso devido à alta resistência à abrasão que possui o material galvanizado por imersão a quente.
Soldagem durante a instalação: Soldar vergalhões galvanizados não é um problema desde que sejam tomadas as precauções necessárias. O procedimento inclui utilizar velocidades de solda mais lentas e manter uma ventilação adequada.
Reparos no revestimento durante a instalação: Danos ao revestimento em áreas soldadas, dobradas ou bordas cortadas não afetarão significativamente a proteção oferecida pela galvanização se a área exposta for pequena em relação à área galvanizada. Quando a área exposta for excessiva, pode ser reparada conforme norma NBR 6323.
Expectativa de durabilidade do vergalhão galvanizado

Atualmente, tem sido adotado como padrão 100 anos de vida útil para grandes estruturas de concreto armado, como pontes e portos. Para o atendimento desses padrões em estruturas expostas a ambientes agressivos, torna-se necessária uma metodologia de projeto que contemple todas as variáveis que auxiliem na longevidade da estrutura.

A utilização de barras galvanizadas proporciona maior vida útil à estrutura devido a um processo corrosivo diferente do aço desprotegido. (Figura 8).
A- Período no qual o concreto é exposto aos agentes agressivos (CO2, cloretos, outros).
B- Período de oxidação destrutiva do aço sem revestimento (linear) até o limite aceitável de deterioração do concreto.
C- Período de iniciação da oxidação do zinco. Extensão na durabilidade devido à maior tolerância aos íons cloretos e ao pH.
D- Período de proteção enquanto se dissolve uma pequena parcela da camada de zinco puro na superfície do aço.
E- Período de proteção adicional enquanto se dissolvem as camadas de liga Zn+Fe do revestimento.
F- Ataque do aço exposto idêntico ao B.
Fonte: ICZ
Data de publicação: 16/05/2013