DESEMPENHO FÍSICO-QUÍMICO DE METAIS E ESTRUTURAS DE CONCRETO DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA: ESTUDO DE CASO NA REGIÃO DE MANAUS

Quim. Nova, Vol. 29, No. 4, 724-734, 2006Ar

tigo

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DESEMPENHO FSICO-QUMICO DE METAIS E ESTRUTURAS DE CONCRETO DE REDES DEDISTRIBUIO DE ENERGIA: ESTUDO DE CASO NA REGIO DE MANAUS

Kleber Franke Portella*, Carlos Mario Garcia, Giseli Ribeiro Vergs, Alex Joukoski e Karla Regina Rattmann FreireInstituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, CP 19067, 81531-980 Curitiba - PR, BrasilAlcyr de Pinho CorraManaus Energia S.A., Avenida J, 363, 69042-210 Manaus - AM, Brasil

Recebido em 14/6/05; aceito em 13/10/05; publicado na web em 18/4/06

PHYSICOCHEMICAL PERFORMANCE OF METALS AND CONCRETE STRUCTURES USED IN ELECTRICITYDISTRIBUTION NETWORKS: CASE STUDY IN MANAUS REGION. The influence of natural aging furthered by atmosphericcorrosion of parts of electric transformers and materials, as well as of concrete poles and cross arms containing corrosion inhibitors wasevaluated in Manaus. Results for painted materials, it could showed that loss of specular gloss was more intensive in aliphatic polyurethanepoints than in acrylic polyurethane ones. No corrosion was observed for metal and concrete samples until 400 days of natural aging.Corrosion in steel reinforcement was noticed in some poles, arising from manufacturing faults, such as low cement content, water/cementratio, thin concrete cover thickness, etc. The performance of corrosion inhibitors was assessed by many techniques after natural andaccelerated aging in a 3.5% saline aqueous solution. The results show the need for better chemical component selection and itsconcentration in the concrete mixture.

Keywords: paints; reinforced concrete; materials for electric energy distribution networks.

INTRODUO

As perdas financeiras ocasionadas pelos processos de degrada-o e corroso das estruturas metlicas e de concreto so, em ge-ral, muito elevadas. Nos Estados Unidos o custo anual da corrosochega a 3,1% do PIB, o que totaliza US$ 276 bilhes, contra 3,5%no Brasil1. Isto tem motivado amplo desenvolvimento da pesquisaneste campo da Engenharia.

Os custos indiretos devidos a efeitos derivados, tais como interrup-o no funcionamento de estabelecimentos industriais, contaminaode produtos, danos a equipamentos prximos daquele no qual ocorreua falha, problemas de segurana (incndios, exploses, liberao deprodutos txicos, colapso das construes), acidentes pessoais com perdade vida, etc. aumentam exponencialmente a conta final.

A corroso pode ser definida como o ataque no-intencional queocorre em um material por causa da reao deste com determinadoscomponentes qumicos contidos no meio em que est inserido. As-sim, por ex., uma anlise qumica da gua das chuvas nos grandescentros urbanos, tal como So Paulo2, revela a presena de ons agres-sivos que vem aumentando, consideravelmente, com o passar dos anose sua influncia nos materiais de engenharia ainda pouco conhecida.So susceptveis de degradar (corroer) materiais to diferentes comometais, madeiras, cermicas, polmeros, entre outros. No entanto, ascausas que originam a deteriorao so diferentes, dependendo domaterial de partida. Todos estes processos so de natureza espontnea,ou seja, fixado o material e o meio ambiente, este ocorrer, com maiorou menor velocidade e maior ou menor intensidade.

O objetivo propor meios viveis e de baixo custo para aumentoda vida til dos produtos finais.

Para a proteo dos metais tradicional o uso de tintas org-nicas, recobrimentos metlicos e no-metlicos, tais como as ca-madas galvanizadas, fosfatizadas, aluminizadas, anodizadas, etc.So, normalmente, eficazes contra o processo corrosivo, mas de-

pendem de vrios fatores: mtodo de aplicao, meio ambiente,tempo de exposio intemprie, entre outros. Um menor de-sempenho contra a corroso do substrato protegido quase sem-pre verificado em regies de alta agressividade ambiental, ematmosferas martimas e industriais. Nestas regies, a vida tilde materiais metlicos como o ao carbono usado em transfor-madores de redes de distribuio de energia eltrica (RDEs) extremamente reduzida, constatando-se casos de furos no tan-que de leo devido corroso, em tempo de operao mdio deum ano3, o que estimula a um estudo mais aprofundado do meca-nismo de degradao envolvido.

Nestes casos, o problema poder no estar centrado no reco-brimento ou pintura bem sucedidos, com demos de fundo, inter-mediria e acabamento, mas sim, na escolha inadequada do com-ponente qumico de proteo da tinta (resina e pigmentos), daqualidade superficial do metal de base e da metodologia de apli-cao. Assim, tem-se maior ou menor resistncia radiao solar, umidade e aos agentes agressivos externos (gs carbnico, chu-va cida, cloretos, radiao UV, etc.). A exposio de transforma-dores de RDEs em regies da orla martima do Estado do Paran,pintados com sistemas de pintura e tcnicas adequados, tem de-monstrado vida til maior (superior a 10 anos), em virtude doconhecimento das condies atmosfricas locais quanto suaagressividade qumica4.

Diversas tcnicas analticas vm sendo empregadas com objeti-vo de melhor caracterizar o desempenho das tintas ao longo da suaexposio ao meio ambiente. Dentre estas, destaca-se a medida dobrilho, caracterstica que depende essencialmente da quantidade depigmentos no seu volume, sendo brilhante quando em pouca con-centrao uma vez que estes tendem a ficar submersos na resina e fosca ou sem brilho, no caso oposto, onde parte deste materialacaba ficando exposta superfcie5, como se observa, esquema-ticamente, na Figura 1. A vantagem na sua medida a possibilida-de de acompanhar a degradao da tinta em funo do tempo deexposio, pelos efeitos da radiao solar, oxignio e chuvas5, como

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observado, esquematicamente, na Figura 2. A degradao da resi-na acaba por deixar expostas as partculas de pigmento, diminuin-do seu brilho com o tempo. A anlise tem como resultado valoresem unidades de brilho (UB). Esta unidade pode ser compreendidafazendo-se analogia a um espelho perfeito, uma vez que este refle-te 100% da luz incidente. Assim, uma tinta considerada muito bri-lhante e com cerca de 98 UB teria, comparativamente, 9,8% dobrilho de um espelho perfeito.

No caso das estruturas em concreto armado, em que suas excelen-tes propriedades so resultantes da elevada resistncia compressodo concreto associada forte resistncia trao do ao, o recobrimentoda armadura constitui no somente uma barreira fsica que separa oao do meio externo mas, tambm, o fornecimento de um meio alca-lino ideal no qual o ao estar protegido contra corroso. Neste ltimocaso, pode-se considerar que o concreto armado um par quase per-feito, com estimativa de vida til bastante prolongada.

No caso de postes e cruzetas de uma RDE, a durabilidade tam-bm conseqente da qualidade dos insumos (cimento, agregados,gua e aditivos); das variveis relativas ao controle de qualidade nafabricao, tais como relao dos materiais envolvidos; da quanti-

dade de cimento por volume; da relao gua/cimento (a/c); dodesmoldante utilizado; do mtodo e tempo de desmoldagem e cura;da espessura de recobrimento da armadura; do armazenamento etransporte e da sua aplicao, pois, dependendo do meio ambientee da carga solicitada, um novo tipo ou mistura de agente aglomeranteter que ser considerado6-9. Na prtica, observa-se que a menor du-rabilidade destas estruturas est quase sempre atrelada a uma bai-xa qualidade dos insumos e no processo de fabricao. comum afabricao de estruturas de concreto armado com consumo de ci-mento menor que o mnimo recomendado na literatura7 e em nor-ma8, ou mesmo, com a relao a/c sem controle rgido ou ao senti-mento do operador da betoneira e, tambm, o descaso em no man-ter, durante um perodo mnimo de tempo, a cura mida do concretoaps o enchimento das frmas.

Estes itens apontados so, na maioria dos casos, os respons-veis pelas baixas durabilidade e qualidade dos produtos de enge-nharia das RDEs, escopo deste trabalho.

PARTE EXPERIMENTAL

O trabalho foi realizado em trs etapas. Na primeira, ocorreu acaracterizao e o levantamento na RDE da cidade de Manaus dosmateriais de engenharia com indcios visuais de corroso ou degra-dao. Tambm, nesta etapa, foi escolhido um local de maiorrepresentatividade para instalao de uma estao de corroso at-mosfrica (ECA), para exposio e ensaios em campo dos materiaise aquisio de dados relativos s condies climticas, segundo asazonalidade. Na segunda etapa procurou-se caracterizar todos osinsumos trabalhados a partir de mtodos fsico-qumicos. Na ter-ceira, empreenderam-se a fabricao dos corpos-de-prova (CPs),sua exposio na ECA de Manaus e posterior caracterizao ao lon-go do envelhecimento natural e artificial, utilizando-se a metodologiadescrita na seqncia.

Inspeo visual

Tcnica escolhida em razo da pouca necessidade de instrumen-tos de medida e por oferecer um poder de investigao mais acurado., na maioria dos casos, eficaz na constatao de processos de degra-dao e do envelhecimento dos materiais. Porm, por no ser umatcnica conclusiva na determinao da causa da degradao, neces-sria a retirada de CPs e amostras de materiais para anlise por outrastcnicas analticas em laboratrio.

Escolha e implantao da ECA

A ECA foi construda em local representativo da regio de Manause segundo as normas NBR 620910 e NBR 701111. Os painis de expo-sio foram fabricados de acordo com estas normas e o perodo com-preendeu cerca de 13 meses de exposio ao intemperismo natural dacidade de Manaus. Os parmetros atmosfricos analisados foram umi-dade relativa (UR), ndice pluviomtrico, taxa de insolao, direo evelocidade dos ventos e temperatura local12.

Os estudos de envelhecimento natural e acelerado foram idealiza-dos com os materiais de base da RDE, compreendendo os revestimen-tos orgnicos e inorgnicos e chapas laminadas, com dimenses de200 x 100 mm, dos seguintes materiais: ao carbono 1010; ao galva-nizado com revestimento de zinco puro (espessura mdia de 24 4,0m); ao com revestimento galvalume (liga de zinco e alumnio,com espessura mdia de 34 3,5 m; e alumnio (99,9% de pure-za)13. O preparo da superfcie foi realizado de acordo com as reco-mendaes do fabricante das tintas, assim como a pintura dos mes-mos, conforme listados na Tabela 1.

Figura 1. Esquemas de uma tinta brilhante e de uma tinta fosca, quandosubmetidas a uma radiao incidente. Reproduzido da ref. 5, com permissoda Sherwin Williams do Brasil

Figura 2. Efeito esquemtico da radiao solar, chuva e oxignio sobre osrevestimentos orgnicos (tintas). Reproduzido da ref. 5, com permisso daSherwin Williams do Brasil

726 Quim. NovaPortella et al.

A metodologia de trabalho seguiu com estudos de laboratrionos CPs devidamente preparados e identificados, iniciando-se pelaanlise dos esquemas de pintura antes, durante e aps os perodosde envelhecimento natural e artificial. O envelhecimento naturalfoi realizado por meio da exposio das amostras na ECA de Manaus,enquanto que para o artificial foram utilizadas cmaras deintemperismo de nvoa salina.

Resistncia nvoa salina

O procedimento seguiu a norma ASTM B11714, e as amostrasforam expostas salinidade em uma cmara de nvoa salina BASS,com soluo de cloreto de sdio (NaCl) em gua deionizada a 5%(50 g/L). O pH da soluo ficou entre 6,5 e 7,2, o fluxo de nvoasalina, mdio, entre (1 e 2) mL/h e a temperatura de trabalho de 35 2 C. Foram expostos, tambm, CPs de cada sistema de pintura,

contendo inciso central (corte) at o substrato, por 3500 h nascondies descritas.

Avaliao da resistncia ao intemperismo natural e aceleradoem nvoa salina neutra e contnua at 3500 h

A anlise dos materiais envelhecidos em atmosfera natural esob nvoa salina artificial foi executada, periodicamente, durante aexposio e incluiu a avaliao dos seguintes parmetros: inspeovisual e documentao fotogrfica; alastramento da corroso; medi-da de espessura do CP; cor15; brilho5; grau de empolamento16; graude enferrujamento17; gizamento18; descamao19; aderncia20;gretamento21 e fendilhamento22.

Os estudos dos mecanismos de degradao foram efetuados porinterpretao dos resultados analticos realizados antes, durante e apso envelhecimento.

Tabela 1. Sistemas substrato-pintura propostos para estudos de desempenho sob envelhecimento acelerado em nvoa salina e na ECA de Manaus.

Sistemaa Fundo Intermedirio Acabamento

1: CZAC Epxi rico em zinco; Epximastic de Al; 1 demo diluio Poliuretano acrlico;Espessura: 80 m; 40%; 1 demo diluio 20%; Espessura: 60 m;

Diluente: 20% Espessura: 80-100 m Diluente: 20%

2: CZAL Epxi rico em zinco; Epximastic de Al; 1 demo diluio Poliuretano aliftico;Espessura: 80 m; 40%; 1 demo diluio 20%; Espessura: 30 m;


3: CZAQ Epxi rico em zinco; Epximastic de Al; 1 demo diluio Alqudico;Espessura: 80 m; 40%; 1 demo diluio 20%; Espessura: 30 m;


4: CFAC Epxi xido de ferro; Epximastic de Al; 2 demos; Poliuretano acrlico;Espessura: 120 m; Espessura: 80-100 m; Diluente: 20% Espessura: 60 m;

Diluente: 20% Diluente: 20%

5: CFAL Epxi xido de ferro; Epximastic de Al; 2 demos; Poliuretano aliftico;Espessura: 120 m; Espessura: 80-100 m; Diluente: 20% Espessura: 30 m;


6: CFAQ Epxi xido de ferro; Epximastic de Al; 2 demos; Alqudico;Espessura: 120 m; Espessura: 80-100 m; Diluente: 20% Espessura: 30 m;


7: CMAC EpAlOxFeb; Epximastic de Al; 2 demos; Poliuretano acrlico;Espessura: 125 m; Espessura: 80-100 m; Diluente: 20% Espessura: 60 m;

Diluente: 15% Diluente: 20%8: CMAL EpAlOxFeb; Epximastic de Al; 2 demos; Poliuretano aliftico;

Espessura: 125 m; Espessura: 80-100 m; Diluente: 20% Espessura: 30 m;Diluente: 15% Diluente: 20%

9: CMAQ EpAlOxFeb; Epximastic de Al; 2 demos; Alqudico;Espessura: 125 m; Espessura: 80-100 m; Diluente: 20% Espessura: 30 m;

Diluente: 15% Diluente: 10%10: ZBAC Polivinilbutiral Epximastic de Al; 2 demos; Poliuretano acrlico;11: GBAC Espessura: 8-12 m Espessura: 100 m; Diluente: 20% Espessura: 60 m;12: ABAC Diluente: 20%

13: ZBAL Polivinilbutiral Epximastic de Al; 2 demos; Poliuretano aliftico;14: GBAL Espessura: 8-12 m Espessura: 100 m; Diluente: 20% Espessura: 30 m;15: ABAL Diluente: 20%16: ZBAQ Polivinilbutiral Epximastic de Al; 2 demos; Alqudico;17: GBAQ Espessura: 8-12 m Espessura: 100 m; Diluente: 20% Espessura: 30 m;18: ABAQ Diluente: 10%aA primeira letra refere-se ao metal de base, sendo: C - ao carbono 1010; Z - galvanizado; G - galvalume; A - alumnio. b EpAlOxFe: Epxialumnio xido de ferro.


Artefatos de concreto

Foram estudados e desenvolvidos, em laboratrio, traos deconcreto com cimentos, agregados e consumo similares aos utili-zados pelos fabricantes de postes, cruzetas e contrapostes locaise, tambm, traos com adio de substncias qumicas inibidorasde corroso da armadura, para estudo de desempenho frente aoambiente urbano de Manaus e em ambiente artificial, com dadosfsico-qumicos controlados, tais como temperatura, umidade esoluo salina a 3,4% de NaCl.

No laboratrio, deu-se nfase ao estudo das propriedades el-tricas dos CPs de concreto armado, por intermdio das tcnicas deespectroscopia de impedncia eletroqumica12, potencial de corrosoe resistncia eltrica, com espessuras de cobrimento idnticas ao doestudo de campo em andamento. As propriedades dos materiais, me-didas nos CPs, foram correlacionadas aos envelhecimentos natural eacelerado (em cmaras de intemperismo artificial). As principais tc-nicas utilizadas encontram-se listadas na seqncia.

Absoro de gua e propriedades fsicas

A determinao do teor de absoro de gua, massa especfica endice de vazios, dos concretos, foi realizada de acordo com os mto-dos descritos na norma tcnica NBR 977823.

Microscopia eletrnica de varredura (MEV) e microanlise pormicrossonda analtica de raios X (EDS)

As anlises da micrografia e da composio qumica foramverificadas nas superfcies polidas e de fratura dos materiais. Para estatcnica foi utilizado equipamento Philips, modelo XL 30, equipadocom detector de raios X para microanlise, marca EDAX.

Espectrofotometria de absoro atmica (AA) e cromatografiainica (CI)

Foram as tcnicas utilizadas para determinao da composioqumica dos insumos do concreto. Usaram-se um equipamentoPerkin-Elmer, modelo 4110, e um cromatgrafo de ons Dionex,modelo 2010 I.

Difrao de raios X (DRX)

Com o objetivo de identificar as fases cristalinas presentes nosmateriais, foi utilizado equipamento Philips, modelo XPert MPD,com radiao Cu-K de comprimento de onda de 1,54051 , varre-dura em 2 entre 10 e 90, tenso de 40 kV, corrente de 40 mA,passo de 0,001 e velocidade de passo igual a 0,002 p/s. Os picos dedifrao foram identificados por intermdio do banco de dados doInternational Centre for Diffraction Data (ICDD) e software do equi-pamento.

Propriedades eletroqumicas

Para verificar a degradao do concreto e a corroso da armadurametlica foram usadas a tcnica de espectroscopia de impednciaeletroqumica (EIS)12 e as medidas do potencial de corroso de CPsexpostos a ambientes naturais e artificiais pelo perodo de 1 ano. Aimportncia de tais tcnicas vem de sua sensibilidade a quaisquer alte-raes eletroqumicas ocorridas no bulk do material analisado e,tambm, por serem no-destrutivas, podendo o material continuarexposto ao ambiente para futuras avaliaes. Para as medidaseletroqumicas utilizou-se equipamento marca Eco-Chemie, mode-

lo Autolab 20, monitorado por microcomputador, em varredura des-cendente de freqncia entre 50 kHz e 10 mHz, com eletrodo dereferncia de calomelano saturado.

Os CPs para ensaios, com e sem inibidores de corroso, foramconformados em molde de ao inoxidvel, conforme mostrado na Fi-gura 3, e de forma a simular estruturas reais de concreto armado. Cadamolde tem capacidade para confeco de 6 CPs, no formato de pris-mas de dimenses iguais a 100 mm (altura), 91 mm (largura) e 49 mm(espessura); suas moldagem e cura foram baseadas nas orientaes danorma NBR 573824. O molde consistiu de um sistema de encaixespara barras de ao (vergalhes), classe CA 50, nervuradas. O dime-tro nominal previsto foi de 6,3 mm, sendo representativo da armaduraem estruturas de concreto armado. Tambm, o sistema tem a vanta-gem de funcionar como eletrodos metlicos capazes de auxiliar nasmedidas eletroqumicas. Ambas as extremidades das barras foramchanfradas com auxlio de esmeril, para eliminar qualquer efeito deponta (incio preferencial de atividade corrosiva em regies com cantosvivos). Em seguida, foi efetuado jateamento com granalha de aoem cmara especial, para eliminar a camada formada de xido super-ficial e obter aspecto metlico brilhante.

Para utilizao das barras nos CPs fez-se necessrio delimitar area de estudo para facilitar o monitoramento do processo de corro-so, pintando-se suas extremidades com tinta anti-corrosiva base deepxi com alcatro de hulha, a fim de se obter apenas um trecho cen-tral exposto nas mesmas, com rea geomtrica mdia de 6,4 cm2. Omotivo desta pintura foi, tambm, proteger a superfcie metlica con-tra a ao corrosiva em duas zonas distintas: no trecho localizado naregio da interface entre o concreto e o ambiente e na extremidade quefica inserida no CP. A foto e o desenho esquemtico, apresentados naFigura 4, ilustram o aspecto dos CPs obtidos.

Dosagens do concreto24-29

As dosagens foram feitas usando-se como padro o trao mdiode referncia obtido nas fbricas de postes, cruzetas e contrapostesinstalados na RDE da regio de Manaus e a confeco dos concretosfoi realizada de acordo com a norma NBR 573824, sendo estabelecida

Figura 3. Fotografias da frma de ao inoxidvel, contendo barras metlicas,para confeco de CPs de concreto para medidas eletroqumicas


uma relao a/c mxima de 0,52 0,01. Os materiais utilizados e otrao encontram-se listados nas Tabelas 2, 3 e 4.

Alguns CPs de concreto foram dosados com agregados gradostipo brita 1 e no com seixo da regio e com inibidores de corrosodisponveis comercialmente, na proporo e forma indicadas pelo fa-bricante, conforme listagem da Tabela 3. O emprego da pedra britadeveu-se sua maior taxa de utilizao nacional, dentre outras pes-quisas realizadas10,27.

Todos os materiais foram submetidos a anlises fsico-qumicas emecnicas, de acordo com as normas brasileiras correspondentes. Aproporcionalidade dos insumos constituintes do concreto foi realiza-da em planilha de clculo de dosagem experimental.

Moldagem dos CPs de concreto

Os traos de concreto com inibidores de corroso foram mistura-dos em betoneira por um perodo de, aproximadamente, 8 min. Suatrabalhabilidade foi avaliada pela consistncia no abatimento do tron-co de cone (slump), conforme recomendaes da NBR 722325.

Aps o preenchimento com concreto e seu adensamento em mesavibratria, o conjunto de moldes prismticos foi totalmente envoltoem filme de PVC transparente, com a finalidade de evitar a perda dagua do concreto, o qual foi mantido no ambiente do laboratrio por24 h. A desmoldagem foi feita aps 48 h, e os CPs foram mantidossob cura em cmara mida por um perodo total de 28 dias. Aps,as amostras foram codificadas e destinadas para exposio natural emcampo e envelhecimento acelerado em laboratrio.

Os CPs de laboratrio, aps o perodo de cura, foram submetidosa dois tipos de testes: imerso parcial contnua em soluo aquosa decloreto de sdio a 3,5% (neste caso, somente, a metade do CP fi-

Figura 4. Vergalho CA 50, pintado nas extremidades, utilizado como eletrodode medida eletroqumica e desenhos esquemticos da disposio das barrasno interior dos CPs, vistas de frente, lado e superior, respectivamente

Tabela 2. Materiais utilizados para confeco dos CPs de concreto com e sem aditivos inibidores de corroso

Dosagem Brancoa 1 2 3 4 5 6 7

Trao em pesoCimento CPII-Z 32 1Areia 2,02Pedrisco 0,89Brita 1 2,09

a/cb 0,524 0,509 0,524 0,517 0,517 0,524 0,525 0,524

Consumos (kg/m)Cimento CPII-Z 32 366 363 359 362 366 363 365 362Areia 740 734 726 732 740 734 738 732Pedrisco 326 324 320 323 326 324 325 323Brita 1 765 759 751 757 765 759 763 757gua 192 185 189 188 190 191 192 190Aditivoc - 15 25 5 31 32 33 5

Teor agregado mido (%) 40,4Relao 1:md 1:5 (ou 0,20)Relao pedrisco/brita (%) 30/70Slump (mm) 30 35 35 40 30 30 30 30

Massa unitria (kg/m)Terica 2348 2356 2348 2352 2352 2348 2348 2348Real 2385 2358 2342 2356 2383 2367 2378 2361a Branco: corresponde ao concreto-referncia, sem utilizao de aditivos; b a/c: fator gua/cimento; cos aditivos qumicos (inibidores de

corroso) utilizados encontram-se listados na Tabela 3; d1:m: relao cimento/agregado total.


cou submersa na soluo, sendo a outra metade exposta ao ar, 22oC e 60% de umidade relativa, UR, cdigo utilizado: IPC) e, aciclos semanais de 2 dias de imerso total do CP na soluo salina,intercalados com 5 dias de exposio ao ar, tambm, 22 oC e 60%de UR (cdigo para o ciclo de imerso descontnua: CID).

Anlise petrogrfica dos agregados e estudo de reatividadepotencial

Os testes para determinao de possveis reaes expansivas noconcreto fabricado com cimento e agregados oriundos da cidade deManaus foram realizados segundo orientaes de normas tcnicas ede metodologias apresentadas na literatura27.

RESULTADOS E DISCUSSO

Inspeo visual

Parte dos transformadores da RDE de Manaus, retirados paramanuteno, apresentou corroso vermelha generalizada no tanquede leo mineral e nas aletas de refrigerao (radiador), conforme pode

ser observado na Figura 5 (as manchas escuras sobre a carcaacorrespondem regio afetada pela corroso). Nos casos extremos foiobservada, tambm, perfurao do tanque, com derramamento de leodo interior do equipamento, conforme detalhe mostrado na prpriafigura (seta).

Apesar das ocorrncias observadas, o tempo mdio de apareci-mento dos problemas de corroso foi superior a 15 anos, com poucaincidncia em tempos inferiores.

No caso das estruturas de concreto, postes tipo duplo T e circula-res, alguns defeitos superficiais foram verificados, como fratura naregio do tero superior (cerca de 1 m abaixo do topo) do poste, con-forme exemplificado na Figura 6; corroso generalizada da arma-dura, com desplacamento da cobertura de concreto, conforme Figu-ra 7; porosidade superficial elevada, pontos de manchamento porcorroso acentuada da armadura, trincas de retrao e, falhas deconcretagem, conhecidas no meio tcnico como bicheiras super-ficiais estrutura, tal como Figura 8.

Estes defeitos superficiais foram atribudos, principalmente, aoprocesso de fabricao dos artefatos, em conseqncia de: baixo consu-mo de cimento/m3 de concreto (150 kg/m3), resultando em estruturascom resistncia mecnica baixa; relao a/c no especificada ou ina-

Tabela 4. CPs de concreto fabricados com insumos da regio de Manaus.

Dosagem Fabr. Manausa Laboratriob

Trao em peso

Cimento CPII-F 32 1

Areia 3,47 1,89Seixo rolado fluvial 5,74 3,11a/cc 0,784 0,508

Consumos (kg/m)Cimento CPII-F 32 187 363Areia 649 687Seixo rolado fluvial 1074 1129gua 147 185Aditivo 1d -Teor agregado mido (%) 37,7 37,8Relao 1:me 1:9,21 (ou 0,109) 1:5 (ou 0,2)Relao pedrisco/seixo rolado (%) 0/100

Massa unitria (kg/m)Terica 2389 2387Real - -a Os dados referentes ao Fabricante Manaus correspondem ao concreto obtido em uma das fbricas visitadas; b o trao denominado Laboratrioest otimizado segundo as condies analticas consideradas ideais; c a/c: fator gua/cimento; d o nome e a composio do aditivo comercialutilizado no foram informados; e 1:m: relao cimento/agregado total.

Tabela 3. Relao dos inibidores comerciais utilizados, com sua respectiva dosagem e composio

Aditivo Dosagem recomendada Dosagem utilizada Composio

01 3 a 4% em relao ao peso de cimento 4% Compostos orgnicos e inorgnicos02 15 a 30 L/m3 de concreto 25 L/m3 Nitrito de clcio03 5 L/m3 de concreto 0,2 L Inorgnico - base fosfato04 15 a 30 L/m3 de concreto 25 L/m3 Inorgnico - base nitrito de clcio05 15 a 30 L/m3 de concreto 25 L/m3 Inorgnico - base nitrito de clcio com acelerador de cura06 15 a 30 L/m3 de concreto. 25 L/m3 Inorgnico - base 30% nitrito de clcio07 5 L/m3 para qualquer aplicao 0,2 L Compostos orgnicos (ster e amina)

em ambiente corrosivoReferncia - 7,6 L SSP - Soluo sinttica de poros


veis pela maior incidncia de processos corrosivos na armadurametlica inserida no concreto, como mostrado na Figura 7.

A anlise petrogrfica dos agregados grados (seixos fluviaisextrados dos rios da regio) revelou a presena, principalmente, dequartzo com extino ondulante. Estes cristais podem, em presenados lcalis (sdio e potssio) do cimento ou de outra fonte internaou externa ao material, reagir e formar reaes do tipo lcali-slicaou lcali-silicato. A conseqncia o surgimento de um gel expan-sivo que absorve gua e gera presses internas e trincas no volumeda estrutura, fragilizando o concreto e permitindo a penetrao deons agressivos armadura. Este processo pode ocorrer a partir depoucos meses aps exposio a estes agentes agressivos6,28,29. Umfator determinante para minimizar os produtos da reao limitar aquantidade mxima de lcalis presentes, segundo a concentraode sdio equivalente (Na2Oeq = Na2O + 0,66 K2O) apresentada porTaylor9, em 4 kg/m3. A anlise qumica do cimento CPII-F 32, porAA, resultou em teor de sdio equivalente abaixo deste limite.

Por DRX, foram detectadas as fases qumicas silicato hidratadode clcio, carbonato de clcio, portlandita, gipsita, slica, entre outrasfases em menores concentraes e no identificveis pelo ICDD.Com aumento do consumo do cimento, houve aparecimento da fasecristalina etringita, tambm verificada pela micrografia da superfciede fratura dos CPs correspondentes, tanto moldados em laboratrioquanto obtidos em uma das fbricas de postes visitadas na zona in-dustrial de Manaus, identificada nos picos de difrao da Figura 9(abreviada como E) e na Figura 10, pelos cristais aciculares visveisno interior da fissura.

Figura 5. Transformadores da rede de distribuio com problemas decorroso generalizada no tanque de leo mineral e nas aletas de refrigerao.A seta est destacando ponto de vazamento de leo do tanque

Figura 6. Poste, tipo duplo T, fraturado por esforos mecnicos superiores resistncia do concreto

Figura 7. Foto destacando a corroso generalizada da armadura de um postede concreto de seo circular, com desplacamento da sua coberturaconcretada

Figura 8. Falhas de concretagem bicheiras em poste de concreto tipo duplo T

dequadamente controlada, causando alta porosidade; ausncia deespaadores entre a ferragem e a frma, deixando a armadura parcial-mente exposta intemprie ou recoberta com pequena espessura decobrimento; retrao trmica superficial, conseqente da falta da curamida, nas primeiras idades da estrutura e, vazamento no-controladoda nata de cimento pela frma, entre outros problemas constatadose no discriminados. Estes so, em geral, os principais respons-


.

Desempenho dos CPs de materiais metlicos pintados sobintemperismo artificial em cmara de nvoa salina

Dos sistemas analisados, pela dificuldade de se avaliar o proces-so de corroso, uma vez que uns substratos apresentaram corrosobranca e outros, vermelha, procurou-se interpretar os resultados apartir da anlise do alastramento da corroso sob o corte, sendo orevestimento retirado com auxlio de removedor apropriado. Assim,avaliando-se os materiais, obtiveram-se as seguintes situaes.

Substrato base de ao carbono 1010O melhor desempenho foi do sistema 1, CZAC, com fundo epxi

rico em zinco e acabamento poliuretano acrlico, por no apresentarbolhas e apenas poucos pontos de corroso vermelha.

Demais substratos (ao galvanizado, alumnio e galvalume)O melhor desempenho foi observado para os sistemas com

poliuretano acrlico, cdigos ABAC, GBAC e ZBAC, cujos CPs noapresentaram bolhas ou manchas e demonstraram maior reteno debrilho e cor, comparativamente aos outros acabamentos.

Um ranking dos diversos sistemas de pintura e substratos utiliza-dos foi estabelecido a partir da anlise dos resultados nos sistemas depintura com o corte, sendo GBAC e ABAC > ZBAC > CZAC >> CFAC.

Observou-se que o sistema com acabamento poliuretano acrli-co tambm foi o que apresentou melhor desempenho frente ao en-velhecimento natural em ambiente salino, por cerca de 1 ano naatmosfera da regio de Aracaju, estado de Sergipe3,12,13.

Nas Figuras 11 e 12 esto mostradas fotos de alguns dos CPstrabalhados, aps exposio por 3500 h em nvoa salina, com esem o revestimento de pintura.

Desempenho dos CPs de materiais metlicos pintados sobintemperismo natural na cidade de Manaus

No perodo de exposio ao ambiente natural de Manaus, nenhu-ma observao visual de problemas de corroso nos CPs metlicosfoi confirmada. Entretanto, algumas alteraes nos sistemas de pin-tura, principalmente quanto ao brilho, foram observadas, conforme podeser constatado na Figura 13. Neste caso, verificou-se que o desempenhodos CPs com acabamento base de resina poliuretana acrlica resultoumuito superior queles sistemas com acabamento alqudico oupoliuretano aliftico, j que a diminuio das unidades de brilho noultrapassou a 10% e, nestes ltimos, o valor diminuiu, em mdia, 60%.

Desempenho dos CPs de concreto sob intemperismo artificialem soluo salina, com e sem aditivos anticorrosivos, pelamedida do potencial de corroso

Na Figura 14 encontram-se apresentados os resultados de po-tencial de corroso (E

corr) dos CPs prismticos de concreto armado,

em funo do tempo de exposio contnua ao intemperismo artifi-cial em soluo salina, IPC. Na Figura 15, os resultados de E

corr

referem-se exposio cclica, CID. Comparando-se os dois grfi-cos, observa-se que o teste IPC resultou mais agressivo que o CID,uma vez que, aps 60 dias, alguns dos CPs de concreto com

Figura 9. Difratograma de raios X da argamassa de CP de concreto comconsumo de cimento de 363 kg/m3

Figura 10. Micrografia, obtida por MEV, da superfcie de fratura de CP deconcreto com consumo de cimento de 363 kg/m3

Figura 11. CPs metlicos pintados, aps exposio por 3500 h em cmarade nvoa salina

Figura 12. CPs metlicos pintados, aps exposio por 3500 h e remooda camada de revestimento das tintas


dade corrosiva, sendo que os restantes ainda permaneceram na re-gio de baixo risco de corroso (potenciais menos negativos que -0,125 V). Avalia-se desta forma que os resultados obtidos corrobo-raram o enunciado na literatura6, ou seja, de que h um efeitofacilitador do processo de corroso em estruturas de concreto arma-do parcialmente submersas, principalmente, quando submetidas asolues salinas, tal como o elaborado no ciclo IPC (com ciclos demolhagem e secagem).

Verificou-se tambm comparativamente ao CP sem inibidor, quealguns concretos contendo este tipo de aditivo aceleraram a corro-so nos dois tipos de testes realizados. Este comportamento deixadvidas quanto sua viabilidade de uso em quaisquer ambientessem prvio conhecimento dos mecanismos de degradao envolvi-dos. importante salientar, neste caso, que a anlise qumica porCI da soluo com aditivo27 indicou que alguns inibidores comerci-ais avaliados apresentaram teores inicos que podem ser prejudici-ais estrutura de concreto, tais como nos casos dos inibidores 4, 5 e6, com teores de NO3- da ordem de 6 a 15 g/L; o inibidor 4, com 2,2g/L de Na+ e 0,4g/L de K+; e o inibidor 3, com 7 g/L de Mg2+. Estesons presentes nas concentraes indicadas, e dependendo da suacomposio qumica, podem ter sido causadores da degradao doconcreto, por dissoluo qumica dos constituintes do cimento, rea-es de troca inica e formao de gis expansivos28,29.

Na Figura 16,esto mostradas curvas de potencial de corrosoda armadura de 2 CPs de concreto fabricados por um dos fornece-dores de artefatos de concreto para a RDE de Manaus e com traootimizado e fabricado em laboratrio, conforme listado na Tabela 4.Ambos encontram-se expostos na ECA de Manaus. Os valores m-dios apresentados no perodo de medida indicaram que o ao seencontra na regio de passividade, no havendo tendncia corro-so, sendo coerente com o comportamento observado na Figura 14,onde, em ambiente de maior agressividade, o concreto-refernciasomente apresentou alterao do potencial de corroso aps 100dias de exposio soluo salina, bem mais agressiva. Tambm,deve-se ressaltar que o tempo de exposio no foi grande o sufici-ente para se fazer qualquer correlao entre o envelhecimento arti-ficial e o natural.

Tal como apresentado na literatura30,31, os traos de concretocom seixo rolado analisados apresentaram fratura preferencial nainterface pasta de cimento-agregado (tambm conhecida como zonade transio), conforme apresentado na Figura 17a, pelo registrofotogrfico da superfcie de fratura do CP, e na Figura 17b, pelamicrografia apresentada por MEV, onde se identifica o descolamento

Figura 13. Curva ilustrando a variao percentual do brilho das tintas dosCPs metlicos instalados na ECA de Manaus, em funo do tempo deexposio ao intemperismo natural

Figura 14. Ecorr

versus tempo para os CPs, com e sem inibidores de corroso,sob imerso parcial contnua, IPC, em soluo salina

Figura 15. Ecorr

versus tempo para os CPs com e sem inibidores em imersocclica, CID

inibidores, tipos 1, 3, 5 e 7, conforme Tabela 3, alm do CP seminibidor, comearam a apresentar valores de E

corr na regio com 50%

de probabilidade de corroso e, aps 350 dias, j se encontravam naregio com corroso ativa (potenciais mais negativos que -0,275V). No entanto, os CPs com inibidores tipo 5 e 7, submetidos aoCID, somente aps 150 dias comearam a mostrar sinais de ativi-

Figura 16. Ecorr

versus tempo para os CPs fabricados com trao e concretode fabricante local e trao otimizado, em laboratrio.


na interface pasta de cimento-agregado (indicado pela seta) e pou-ca argamassa aderida superfcie do agregado. Foi verificada, tam-bm, a necessidade de se controlar os parmetros de dosagem, prin-cipalmente a temperatura de fabricao do concreto, por causa daobteno de diversos CPs com porosidade elevada e altafriabilidade. A falta deste controle pode, tambm, ser um dos fato-res determinantes para a baixa durabilidade frente a alguns ambi-entes agressivos e para a limitada resistncia do concreto, comodemonstrado nas Figuras 6 e 7.

Estudos da literatura com agregados locais32, indicam resistn-cias compresso do concreto, dependentes da distribuiogranulomtrica dos seixos, com valores publicados dentro de umafaixa considerada por Mehta e Monteiro7 como de resistnciasmoderadas (entre 20 e 40 MPa). Em estudos para concreto de altaresistncia, Pinho et al.33 e Souza et al.31 encontraram como fatorlimitante o agregado grado, cujas superfcies de fratura demons-traram ser intragranulares.

Traos com consumos maiores de cimento/m3 resultaram emCPs com maior concentrao e disperso pela argamassa de gran-des cristais de portlandita, como demonstrado na micrografia e es-pectro obtidos por MEV e EDS das Figuras 18a e b, respectivamente.Pelo limite de deteco da tcnica, no foi possvel verificar a pre-sena do oxignio.

Segundo Agostini et al.34, o aumento no consumo de cimentopode chegar a proporcionar heterogeneidades inerentes pasta, ondea presena de grandes cristais de portlandita representa outro fatorlimitante de fratura pela clivagem sob tenso, uma vez que passama se comportar como reas vulnerveis microfissurao.

CONCLUSES

Sistemas de pintura

Para os sistemas de pintura aplicados sobre os diversos substratosmetlicos expostos em ambiente artificial sob nvoa salina, consta-tou-se que para o substrato base de ao carbono 1010, o melhor

desempenho foi o do sistema CZAC, com fundo epxi rico em zincoe acabamento poliuretano acrlico e, para os outros substratos (aogalvanizado, alumnio e galvalume), o melhor desempenho foi ob-servado para os sistemas com poliuretano acrlico, cdigos ABAC,GBAC e ZBAC.

Assim, a partir da anlise dos resultados, foi estabelecido umranking do melhor ao pior desempenho dos sistemas de pintura esubstratos utilizados, sendo, respectivamente, GBAC e ABAC >ZBAC > CZAC >> CFAC.

Quanto aos CPs metlicos sujeitos ao envelhecimento emambiente natural na ECA de Manaus, observou-se nenhuma evidn-cia visual de problemas de corroso na superfcie dos CPs, fato atri-budo ao pouco tempo de exposio ao intemperismo natural e, alte-raes nos sistemas de pintura, principalmente, quanto ao brilho,sendo que o desempenho dos CPs com acabamento base de resinapoliuretana acrlica resultou muito superior (com diminuio nasunidades de brilho < 10%) queles sistemas com acabamentoalqudico ou poliuretano aliftico (os valores resultantes diminuiram,em mdia, 60%).

Recomenda-se, desta maneira, muita cautela na escolha do sis-tema de pintura a ser adotado, principalmente, se desejado altodesempenho de cobertura.

Estruturas de concreto

A anlise das estruturas de concreto (postes e cruzetas), insta-ladas na RDE da regio de Manaus, indicou problemas gerados noprocesso de fabricao quanto a consumo de cimento, espessura decobrimento da camada concretada sobre a armadura, resistncia m-xima dependente do seixo rolado fluvial e possibilidade de reaesdo tipo lcali-silicato.

Quanto aos concretos, com e sem aditivos anticorrosivos, sub-metidos ao intemperismo artificial em soluo salina, foi verificadoque alguns dos CPs com inibidores tipos 1, 3, 5 e 7 alm do CPsem inibidor, comearam a apresentar valores de potencial de corro-so na regio com 50% de probabilidade de corroso aps 60 dias deexposio ao ciclo de envelhecimento contnuo (IPC), passando para

Figura 18. Foto da superfcie de fratura do CP de concreto com traocontendo consumo de cimento mais elevado, em torno de 360 kg/m3 (a);espectro por EDS da regio analisada (b)

Figura 17. Foto da superfcie de fratura do CP de concreto com traocontendo agregado grado tipo seixo rolado (a); micrografia da superfciede fratura do CP na regio de interface pasta de cimento-agregado (b)


a regio de corroso ativa aps 350 dias. No entanto, considerando ociclo de imerso descontnua, CID, os CPs com inibidores tipos 5 e7 apresentaram alteraes no E

corr somente aps 150 dias mas, mes-

mo assim, com os potenciais permanecendo na regio de baixo riscode corroso.

Sob envelhecimento natural na ECA de Manaus, e com agrega-dos locais, nenhuma evidncia de corroso foi detectada no pero-do de um ano de anlise.

AGRADECIMENTOS

Ao Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, ManausEnergia, ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Mate-riais e Processos da Universidade Federal do Paran e AgnciaNacional de Energia Eltrica (ANEEL), pela infra-estrutura e apoiofinanceiro para execuo deste projeto de pesquisa.

REFERNCIAS

1. http://www.abraco.org.br/InibidorVolatildeCorrosaoORVIC.pdf, acessadaem Janeiro 2005.

2. Leal, T. F. M.; Fontenele, A. P. G.; Pedrotti, J. J. Fornaro, A.; Quim. Nova2004, 27, 865.

3. Garcia, C. M.; Portella, K. F.; Vergs, G. R.; Freire, K. R. R.; Joukoski,A.; Baron, O.; Motta, H. N.; Paula, J. F.; Relatrio 4082/2003, LACTEC:Curitiba, 2003.

4. Henke, S. L.; Kenny, E. D.; Comunicao Tcnica 0011/1990, COPEL/LAC: Curitiba, 1990.

5. Gnecco, C.; A pintura na proteo anticorrosiva. Apostila nvel tcnico.Sherwin-Williams do Brasil - Diviso Sumar: Sumar, SP, 1998.

6. Neville, A. M.; Giammusso, S. E., trads.; Propriedades do concreto, 2 ed.,PINI Ltda.: So Paulo, 1997.

7. Mehta, P. K.; Monteiro, P. J. M.; Concreto: estruturas, propriedades emateriais, PINI Ltda: So Paulo, 1994.

8. Associao Brasileira de Normas Tcnicas; NBR 12655, ABNT: Rio deJaneiro, 1996.

9. Taylor, H. F. W.; Cement chemistry, Academic Press: New York, 1990.10. Associao Brasileira de Normas Tcnicas; NBR 6209, ABNT: Rio de

Janeiro, RJ, 1986.11. Associao Brasileira de Normas Tcnicas; NBR 7011, ABNT: Rio de

Janeiro, 1981.

12. Portella, K. F.; Garcia, C. M.; Corra, A. P.; Joukoski, A.; Relatrio Tcnico0811/2005, LACTEC/MANAUS ENERGIA/ANEEL: Curitiba, 2005.

13. Vergs, G. R.; Dissertao de Mestrado, Universidade Federal do Paran,Brasil, 2005.

14. American Association for Testing and Materials; B 117-03, ASTM: WestConshohocken, 2003.

15. American Association for Testing and Materials; D 2244-02 e 1, ASTM:Philadelphia, 2002.

16. American Association for Testing and Materials; D 714-02, ASTM: WestConshohocken, 2002.


18. American Association for Testing and Materials; D 659-86, ASTM: WestConshohocken, 1986 (withdrawn 1989).





23. Associao Brasileira de Normas Tcnicas; NBR 9778, ABNT: Rio deJaneiro, 1987.

24. Associao Brasileira de Normas Tcnicas; NBR 5738. ABNT: Rio deJaneiro, 2003.

25. Associao Brasileira de Normas Tcnicas; NBR 7223. ABNT: Rio deJaneiro, 1992.

26. Guimares, S. B.; Relatrio Tcnico, UFPR/LAMIR: Curitiba, 2004.27. Freire, K. R. R.; Dissertao de Mestrado, Universidade Federal do Paran,

Brasil, 2005.28. Biczok, I.; Corrosin y proteccin del hormign. Urmo S. A. de Ediciones:

Espaa, 1968.29. Scrivener, K. L.; Young, J. F., eds.; Mechanisms of chemical degradation

of cement-based systems, 1st ed., E&FN Spoon: London, 1997.30. Silva, M. A.; Rocha, F. S.; Anais do 44 Congresso Brasileiro do Concreto,

Belo Horizonte, Brasil, 2002.31. Souza, P. S. L.; Dal Molin, D. C. C.; Anais do 43 Congresso Brasileiro

do Concreto, Foz do Iguau, Brasil, 2001.32. Said, M.; Rocha, F. S.; Ferreira, J. B.; Anais do 46 Congresso Brasileiro

do Concreto, Florianpolis, Brasil, 2004.33. Pinho, J. R. S.; Dias Jnior, U. S.; Pompeu Neto, B. B.; Barata, M. S.;

Anais do 46 Congresso Brasileiro do Concreto, Florianpolis, Brasil, 2004.34. Agostini, L. R. S.; Longati, E.; Anais do 44 Congresso Brasileiro do

Concreto, Belo Horizonte, Brasil, 2002.

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DESEMPENHO FÍSICO-QUÍMICO DE METAIS E ESTRUTURAS DE CONCRETO DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA: ESTUDO DE CASO NA REGIÃO DE MANAUS