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Extensão da vida útil das estruturasde concreto armado com uso dearmaduras zincadas

Ouso de armaduras revesti das porzincagem é uma técnica de prote-

ção contra a degradação prematurade estruturas devido à corrosão. Noexterior, esta técnica vem sendo apli-cada com sucesso, desde os anos 1930,em diferentes tipos de construções,especialmente naquelas em que a es-trutura está exposta a condições demédia a alta agressividade (Yeomans,2004). A NBR 6118 (ABNT, 2007)prevê a sua aplicação, dentre outrastécnicas, em condições adversas deexposição, comuns em ambiente ma-rinho e industrial.

A zincagem da armadura resultaem um revestimento que atua comoproteção por barreira, isolando o açocarbono do meio. Em locais de exposi-ção do aço, o revestimento atua comoanodo de sacrifício, sendo consumido(corroído) preferivelmente em relaçãoao aço (proteção galvânica). Com oavanço da corrosão do revestimentode zinco, há uma diminuição da per-meabilidade do concreto. Isto é possí-vel devido ao preenchimento de vaziose capilares do concreto pelos produtosde corrosão do revestimento de zinco,que tem volume menor do que os pro-dutos de corrosão do ferro, elementoprincipal do aço carbono (Yeomans,1993; CEB, 1992).

Este artigo aplica-se a estruturasconvencionais de concreto armado, ouseja, estruturas que empregam con-creto convencional ou comum, con-forme classes definidas na NBR 6118

Adriana de AraújoMestre,Laboratóriode Corrosãoe

Proteçãodo IPT(Instituto de PesquisasTecnológicas)aaraujo@ipt.br

Zehbour PanossianDoutora,Laboratóriode Corrosãoe

Proteçãodo IPTzep@ipt.br

(ABNT, 2007). É importante ressaltarque este artigo não pretende esgotar oassunto, mas apresentar alguns dadose considerações preliminares sobre aproteção de armaduras de aço com re-vestimento de zinco, tendo como refe-rência a literatura existente sobre otema, em particular normas técnicasestrangeiras e internacionais.

Corrosão de armadura e vida útil deestruturas de concreto armado

É sabido que a corrosão é um dosprincipais processos de degradação deestruturas de concreto armado. Umadas manifestações de seu estabeleci-mento é a fissuração do concreto decobrimento, o qual, posteriormente,desplaca-se, expondo a armadura.Com o avanço da corrosão, há reduçãosignificativa da seção da armadura ede sua aderência ao concreto. Comisto, há diminuição da capacidade re-sistente da estrutura, o que determinaa sua vida útil total.

Frequentemente, a corrosão é ini-ciada pela presença de teores críticosde íons cloreto (CI·) ou pelo abaixa-mento do pH do concreto devido areações com compostos presentes noar atmosférico, especialmente o dióxi-do de carbono (COl), reações de car-bonatação. Em ambos os casos, a con-dição de passividade do aço écomprometida. A condição de prote-ção da armadura é garantida pelocaráter alcalino do cimento hidratado,sendo decorrente da formação de umfilme de óxidos contínuo e aderente àsuperfície do aço. Sem esta condição,poderá ocorrer a corrosão do aço.

Além da presença de agentes agres-sivos (Cl: e Cal)' o estabelecimento e oavanço da corrosão são dependentesda inter-relação de diferentes fatores,dentre os quais citamos as característi-cas do concreto executado. A experiên-cia mostra que é comum a ocorrênciade falhas na etapa de construção.Outro problema comum é a ausênciade manutenção eficiente. Segundo aNBR 5674 (ABNT,1999), é frequente aomissão da manutenção, em especialnas pontes e viadutos.

No exterior, é comum a exigênciade uma vida útil superior a 50 anos.Atualmente, nos Estados Unidos, avida útil de estruturas rodoviárias énormalizada em 75 anos e, na Europa,em 100 anos (Nace SP0187, 2008). NoBrasil, estes valores não são normal-mente exigidos: entretanto, cita-secomo exemplo de mudanças, a recém-

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Tabela 1 - ESPESSURA DO REVESTIMENTO DA ARMADURA POR ZINCAGEM ESTABELECIDA POR NORMALIZAÇÕES ESTRANGEIRAS

Norma AplicaçãoClasse ou Diâmetro (0)

RevestimentoGrade (mm)

Massa Espessura*

(91m2) Úlm)

Classe A;:: 6,0 600 84

ISO 14657 (2005): Zinc-coated Zincagem de barras ou fios e telas ~ 6,0 500 70for rei nforcement of concrete soldadas. Classe B qualquer 0 300 42

Classe C 140 20ASTMA767 (2009): Zinc-coated

Zincagem de barras retas ouClasse I ;:: 10,0** 915 128

(galvanized) steel bars for ~13,0 1070 150concrete rei nforcement

conformadas (dobradas).Classe II ;:: 10,0 610 85

Classe A ;:: 2,0 366 51

2,0 427 60

2,5 488 68Classe B 3,4 520 73

Zincagem de barras ou fios por imersão3,8;::0 < 4,5 550 77

;::4,9 610 85ASTM AI060 (2010): Zinc-coated a quente em processo contínuo.

2,0 641 90(galvanized) steel welded wire

2,5 732 103reinforcement, plain and

Classe C 3,4 778 109deformed, for concrete

3,8;::0 < 4,5 824 115;::4,9 915 128

Zincagem de barras ou fios em telasGrade 50 < 3,2 355 50

Grade 60 3,2;::0 < 4,8 390 55soldadas prontas por imersão a quente

Grade 65 4,8;::0 < 6,4 460 64em batelada ***.

Grade 80 565;:: 6,4 79

Grade 501,6 ;::0 < 3,2 355 50

(fios)

Grade 603,2 ;::0 < 4,8 425 60

(fios)ASTM A123 (2009): Zinc (hot-dip Zincagem de fios e barras em peças

Grade 65galvanized) coatings on iron and montadas, que não necessitam ser

(fios)4,8> 0 < 6,4 460 64

steel products centrifugadas.Grade 80

(fios);::6,4mm 600 84

Grade 100;:: 6,4 705 99

(barras)

* A conversão foi feita pela seguinte formula: fim = g/m2 7 7,14.

** Nos Estados Unidos só há barras de díâmetro z 10,0 mm.

*** Nos Estados Unidos é usual a adoção de telas como estribo. Acredita-se que esta norma também possa ser aplicada para a

zincagem por imersão a quente de barras de 0 < 10,0 mm em peças retas ou conformadas, com ou sem ponto de solda.

-publicada NBR 15575-1 (ABNT,2008), que prevê o mínimo de 40 anosde vida útil para novas edificações ha-bitacionais, sendo indicados 60 anoscomo o tempo mais adequado.

dicionalmente usada para o revesti-mento de armaduras, dentre outroselementos metálicos, sendo tambémdenominada galvanização a fogo e, noexterior, hot -dip galvanizing.

A zincagem por imersão a quente éum processo industrial que consiste deum pré-tratamento do aço e de suaimersão em um banho de zinco fundi-do, em temperatura em torno de 450°C.Como resultado, é obtido um revesti-mento com camadas de intermetálicosde zinco e ferro (Fe), decorrente de rea-

ções metalúrgicas entre os dois metais,e de uma camada externa de zincopuro. Esta última é decorrente do arras-te do zinco fundido, porém a sua per-manência no revestimento final é de-pendente da composição do aço e dotempo de resfriamento (quanto maisrápido, maior é a camada de zinco puroremanescente). A espessura final do re-vestimento depende da composição dobanho, da composição do aço e dascondições de operação de zincagem(LangilL e Dugan, 2004). »

Revestimento das armaduras com zinco

O aço carbono pode ser revestidocom zinco (Zn) por diferentes proces-sos, como eletrodeposição, pinturacom tinta rica em zinco ou aspersãotérmica e, ainda, zincagem por imer-são a quente. Esta última técnica é tra-

ARTIGO

Eta (10096 Zn), 70 DPNZeta (9496 Zn 696Fe), 79 DPN

Delta (90% Zn 10% Fe), 244 DPN

Figura1- Estruturae durezatípicadas camadasdo revestimentodo aço carbonoporzincagema quente

A figura 1 mostra a estrutura dorevestimento e a dureza Vickers (DPN)das diferentes camadas do revestimen-to obtido por zincagem por imersão aquente. Observa-se que a dureza dascamadas de intermetálicos é maior doque a do aço, o que combinado com amenor dureza das camadas externasresulta em um revestimento de certatenacidade e resistência à abrasão. Taiscaracterísticas permitem que, à seme-lhança do aço não revestido, o aço zin-cado possa ser manuseado, transpor-tado e conformado sem alteraçõessignificativas da sua superfície (Galva-nized Rebar, 2010).

A zincagem por imersão a quentepode ser feita por processo contínuoou por batelada. De maneira sim-ples, este último é feito pela imersãono banho de zinco de uma quantida-de de barras ou fios de aço, de arma-duras prontas, de telas soldadas etc.O processo contínuo se diferenciapor ser aplicado para bobinas dechapas, barras ou fios de aço quepassam continuamente pelos dife-rentes estágios da zincagem. Esteúltimo processo tem limitações,sendo aplicado somente a produtosce baixa espessura ou baixo diâme-:ro e que sejam flexíveis.

A zincagem pode ser feita em fios=: barr as conformadas (dobradas a- :0) ou retas. Para o caso de barras

cformadas antes da sua zincagem a

quente, a ASTM A767 (2009), quetrata da zincagem a quente de barrasde diâmetro maior ou igual a 10 mm,estabelece que o dobramento dabarra seja feito com uso de mandrilcom diâmetro igual de seis a dez vezesmaior do que o seu diâmetro nomi-nal, sendo os menores valores parabarras de diâmetros menores.

Para o caso de barras conformadasapós a zincagem, aASTM A767 (2009)cita que defeitos (fissuração e destaca-mento) podem ocorrer no revesti-mento durante o seu dobramento.Estes defeitos podem ser minimizadoscom o controle da severidade e da ve-locidade de dobramento. Além disso,os defeitos serão menores quando orevestimento apresentar uma espessu-ra maior da camada de zinco puro, queé mais dúctil que as demais.

Geralmente, é mais conveniente eeconômica a conformação das barrasapós a sua zincagem, mesmo que istoresulte no aparecimento de defeitos(Yeomans, 2001 e CEB 1992). Estes de-feitos devem ser reparados. Na fabri-cação de barras, a ASTM A767 (2009)limita a área de reparo em 1% da árearevestida de cada 0,3 m do compri-mento da barra.

No caso de barras ou fios destina-dos à fabricação de telas soldadas, osquais em geral têm diâmetro menordo que 10 mm,aASTMAI060 (2010)exige que se faça um ensaio de ade-

rência nas barras ou nos fios após asua zincagem por imersão a quente:após o dobramento a 1800 sobre ummandril com diâmetro de um a cincovezes maior do que o nominal dabarra ou do fio, o revestimento nãodeve apresentar fissuras ou destaca-mentos. Quanto ao reparo de defeitosno revestimento, a norma exclui a ne-cessidade de execução na região deintersecção das barras ou dos fios sol-dados após a zincagem.

Ao término do processo industrialde zincagem por imersão a quente, asnormas mencionadas (ASTM AI 060 eASTM A767) recomendam que o re-vestimento seja cromatizado (passiva-do). Isto é necessário para evitar a de-sestabilização do revestimento porreações com hidróxidos da pasta decimento. Em pH até 13,3, estas reaçõespodem passivar o revestimento{Ca[Zn(OH)312. 2H20}. No entanto,nestas reações há formação do gás hi-drogênio que se acumula na região, oque pode impactar na aderência ini-cial do aço ao concreto. Além disso, oconsumo do revestimento nestas rea-ções de passivação resulta em uma di-minuição de sua espessura total, ha-vendo uma perda de aproximadamen-te 10 um da camada externa de zincopuro (Andrade; Macias, 1988; Andra-de; Alonso, 2004).

Como a camada de cromatizaçãopode ser lixiviada, o que émais comumquando da exposição das barras e telasàs intempéries (chuvas), tem-se aopção de garantir a passivação do re-vestimento com a adição de 400 ppmde cromato na água de amassamento(ACI 201.2R, 2008). Como o manu-seio de cromatos pode causar proble-mas à saúde do homem, atualmenteestuda-se a substituição por outrostipos de compostos à base de cromotrivalente não prejudicial.

Quanto aos demais tipos de reves-timento, destaca-se a tinta rica emzinco que é aplicada para o reparo dedefeitos no revestimento, sendo suascaracterísticas normalizadas pelaASTM A780 (2009). Comenta-se queum tipo específico desta tinta (conten-do 96% de micropartículas de zincono filme seco, flexível e resistente a im-

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acto) tem sua aplicação destinada aovestimento geral do aço. Além dessevestimento, destaca-se o obtido poretrodeposição de zinco puro, que re-ta em uma única camada de espes-a reduzida. Na literatura consulta-

, não foi mencionado o revestimen-de armaduras por eletrodeposição e

em por aplicação de tinta, embora.s possibilidades existam.

spessura do revestimento de zincoSegundo Swamy (2004), depen-

endo da agressividade da condiçãoe exposição, um revestimento compessura entre 80 fim e 200 fim (barrae diâmetro entre 8 mm e 16 mm)ode conferir uma proteção adequadaestruturas de concreto contra a cor-

osão. Espessuras maiores que 200 fimão são recomendadas, pois podemesultar no aumento significativo deefeitos durante o dobramento daarra e prejudicar a sua aderência aooncreto. Segundo Langil e Dugan2004), o valor de 250 fim é o máximodmitido para barras a serem dobra-as após a zincagem.

A tabela 1 apresenta valores de es-essura do revestimento de zinco paraguns diâmetros de barras e fios, con-

orme normas estrangeiras. Comenta--se que, com exceção dos valores da

lasse B e C (42 fim e 20 fim, respecti-amente) da ISO 14657, os valores despessura para os diâmetros apresen-dos na tabela 1 podem ser obtidosar processo de zincagem por imersãoquente por batelada. Além disto, co-enta-se que os baixos valores dalasse B e C não foram referenciadosos estudos de armaduras zincadaspresentados na literatura consultada.credita-se que estes valores baixos

-o adequados para elementos não es-uturais (como fios de amarração e

uportes de armadura) e para condi-ões de exposição em ambientes deaixa agressividade.

Conclui-se que, além da consulta àbela 1, os valores de espessura do re-estimento de zinco devem ser defini-os conforme a agressividade ambien-1,a qualidade e as características do

oncreto e a espessura do cobrimentoo concreto sobre o aço carbono.

o1(0ti)eouai"O

'"X~

Passivação{Ca[Zn(OH3h]2H20}

y,.p'l~e.p., Aço não revestido

~cc':i

10.<;

0c

Concreto Concretoíntegro I carbonatado

+---+

IIIIIII

II

Espessura dorevestimento

I

Tempo

Figura 2 - Taxa de corrosão do revestimento de zinco em comparação com a do açocarbono não-revestido em concreto íntegro (pH maior do que 12) e em concretocarbonatado (pH em torno de 9) (Nürnberger, 2000)

o'''''"eouai"O

'"x~

Teor crítico de íons c/oreto (2,5 vezesmaior que no aço não revestido)

Tempo

Figura 3 - Taxade corrosão do revestimento de zinco em comparação com a do açocarbono não-revestido em concreto contaminado com íons cloreto (galvanized rebar, 2011)

Armaduras zincadas expostas àcarbonatação do concreto

Segundo o ACI 222R (2010), aaplicação de armaduras revestidas porzincagem por imersão a quente é umatécnica de proteção particularmenteadequada para estruturas com risco decarbonatação. Isto porque o revesti-mento é uma barreira eficiente à des-passivação do aço carbono resultanteda diminuição do pH do meio.

Segundo Yeomans (2001), o reves-timento de zinco se mantém estávelem concreto com valores de pH atéaproximadamente 9,5, enquanto o açocarbono, sem revestimento, pode sedespassivar em pH por volta de 11,5 e

apresentar aceleração da corrosãoabaixo de 9,5 (Nace RPOI87, 2008).Assim, o revestimento oferece prote-ção eficiente ao aço em concreto car-bonatado, apresentando uma taxa decorrosão significativamente menor.

A figura 2 ilustra a progressão doconsumo do revestimento de zinco(não cromatizado) comparado ao açonão-revestido, em concreto íntegro (pHmaior do que 12) e em concreto carbo-natado, conforme ensaios de laborató-rio de Nürnberger (2000). Nesta figura,observa-se, inicialmente, uma ligeiraperda de espessura do revestimento, de-vido a reações de sua passivação e, emseguida, a sua dissolução (corrosão). »

!;-

ARTIGO

Armaduras zincadas expostas aosíons cloreto

Segundo ensaios de laboratóriode Yeomans (1994; 2001), o revesti-mento pode resistir a níveis de con-taminação com cloretos de até 2,5vezes maiores do que o aço não re-vestido. Com isto, o início da corro-são pode ser retardado em tempomaior, possivelmente entre quatro ecinco vezes. A figura 3, apresentadapelo centro de pesquisas de armadu-ras zincadas (Galvanized Rebar,2011), ilustra a maior resistência dorevestimento de zinco aos íons elo-reto em comparação ao aço não re-vestido, conforme resultados da pes-quisa de Yeomans.

Este autor (2004) referencia mui-tos estudos realizados no passado, emque o revestimento apresentou umbom desempenho em diferentes con-dições de exposição aos íons cloreto.No entanto, há outros estudos comresultados contraditórios. Cita-seque a análise conjunta deles édificultada pelas diferentes estrutura,espessura e estabilidade do revesti-mento no meio e, também, por dife-rentes condições de exposição aosíons cloreto. Andrade (1992) consi-dera a espessura do revestimentocomo um fator importante a ser con-siderado, sendo a presença da camadaexterna de zinco puro decisiva para obom desempenho do revestimentoem meio com íons cloreto.

Embora o uso de armaduras reves-tidas pelo processo de zincagem porimersão a quente seja eficiente paraproteção do aço tanto em concretocontaminado com íons cloreto comocarbonatado, observa-se que o aumen-to da vida útil da estrutura é obtidoquando do conhecimento das limita-ções da técnica e de sua aplicação corre-ta. Devido ao pouco conhecimento datécnica no País, recomenda-se a realiza-ção de estudos, considerando padrõesnacionais de produção e de construçãoe condições climáticas representativas.

AgradecimentoSocrates C. Siqueira Dias (elabora-

ção das figuras apresentadas) e Andre-za Milham (recuperação de artigos).«

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LEIA MAISNBR 5674: Manutenção deEdificações: Procedimento. ABNT(AssociaçãoBrasileirade NormasTécnicas),1999.NBR 6118: Projetos de Estruturasde Concreto - Procedimentos.ABNT,2007.NBR15575-1: EdifíciosHabitacionais de Até CincoPavimentos - Desempenho: Parte 1:Requisitos Gerais.ABNT.2008.ACI 201.2R: Guide to DurableConcrete. ACI (AmericanConcreteInstitute). In: ACI Manualof ConcretePractice,2001.ACI 222R-01: Protection of Metaisin Concrete Against Corrosion.ACI,2010.Manual para Diagnóstico de ObrasDeterioradas por Corrosão deArmaduras. C.Andrade.PINI, 1992.Electrochemical Aspects ofGalvanized ReinforcementCorrosion. C.Andrade;C.Alonso.S.R.Yeomans.In: Galvanizedsteelreinforcement in concrete. E& FNSpon,2004.Galvanized reinforcements inconcrete. M.C.Andrade;A. Macias.In:A.Wilson, et aI.Surfacecoatings,1988ASTM A123: standardspecification for zinc, hot-dipgalvanized, coatings on iron andsteel products. ASTM(AmericanSociety forTesting and Materiais).Pensylvannia,2001.ASTM A767: standard specificationfor zinc-coated, galvanized, steelbars for concrete reinforcement,2009. ASTM,2009.ASTM A 780: repair of damagedand uncoated areas of hot-dipgalvanized coatings. ASTM,2009ASTM A1060: zinc-coated(galvanized) steel welded wirereinforcement, plain and deformed,for concrete. ASTM,2010.Bolletin D'lnformation, No 211:coating protection forreinforcement. CEB(CommittteeEuro-international du Beton), 1992.Coating properties. Disponívelem: galvanizedrebar.com/

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