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O mecanismo de corrosão conduzido pela formação de pilhas eletroquímicas

Um quadro geral da corrosão que tem como mecanismo o contacto elétrico entre dois metais de potenciais eletroquímicos diferentes imersos num mesmo eletrólito, metais de igual potencial imersos em eletrólitos diferentes ou ainda de metais diferentes em eletrólitos diferentes.

 

A corrosão galvânica é um processo eletroquímico em que um metal sofre corrosão preferencialmente em relação a outro quando os dois metais estão em contacto elétrico e imersos em um eletrólito. Esta mesma reação galvânica é explorada em baterias primárias (como as vulgarmente designadas pilhas) para gerar uma tensão. A corrosão galvânica e os seus processos são uma das formas mais comuns e frequentes de corrosão na natureza, bem como uma dos mais destrutivas.

 

A tabela abaixo mostra os graus de corrosão por contacto para diferentes materiais. Onde a corrosão por contacto não puder ser evitada, ela deve ser minimizada através de materiais de vedação isolantes, tintas anticorrosão ou outros químicos não ácidos.

 

Clicar na tabela para aumentar.
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Mais informação sobre corrosão galvânica aqui: Instituto de Metais Não Ferrosos

As movimentações térmicas de um material estão relacionadas com as propriedades físicas do mesmo e com a intensidade da variação da temperatura, a magnitude das tensões desenvolvidas é função da intensidade da movimentação, do grau de restrição imposto pelos vínculos a esta movimentação e das propriedades elásticas do material.

As fendas de origem térmica podem também surgir por movimentações diferenciadas entre componentes de um elemento, entre elementos de um sistema e entre regiões distintas de um mesmo material. As principais movimentações diferenciadas ocorrem em função de:

  • junção de materiais com diferentes coeficientes de dilatação térmica, sujeito às mesmas variações de temperatura (por exemplo, movimentações diferenciadas entre argamassa de assentamento e componentes de alvenaria);
  • exposição de elementos a diferentes solicitações térmicas naturais (por exemplo, cobertura em relação às paredes de uma edificação);
  • gradiente de temperatura ao longo de um mesmo componente (por exemplo, gradiente entre a face exposta e a face protegida de uma laje de cobertura).

No caso das movimentações térmicas diferenciadas é importante considerar-se não só a amplitude da movimentação, como também a rapidez com que esta ocorre. Se ela for gradual e lenta muitas vezes um material que apresenta menor resposta ou que é menos solicitado às variações da temperatura pode absorver movimentações mais intensas do que um material ou componente a ele justaposto, o mesmo pode não ocorrer se a movimentação for brusca.

Por outro lado, alguns materiais também podem sofrer fadiga pela ação de ciclos alternados de carregamento – descarregamento ou por solicitações alternadas de tração – compressão.

Todos os materiais empregados nas construções estão sujeitos a dilatações com a subida de temperatura, e as contrações com a sua descida. A intensidade desta variação dimensional, para uma dada variação de temperatura, varia de material para material. Para quantificar as movimentações sofridas por um componente, além das suas propriedades físicas, deve conhecer-se o ciclo de temperatura a que está sujeito e determinar também a velocidade de ocorrência das mudanças térmicas, como no caso de alguns selantes que possuem pouca capacidade de acomodação de movimentos bruscos.

Considerando-se o caso mais comum das edificações residenciais, a principal fonte de calor que atua sobre os seus componentes é o sol. A amplitude e a taxa de variação da temperatura de um componente exposto à radiação solar irá depender da atuação combinada dos seguintes fatores:

  1. intensidade da radiação solar (direta e difusa);
  2. absorvência da superfície do componente à radiação solar;
  3. emitância da superfície do componente;
  4. condutividade térmica superficial;
  5. diversas outras propriedades térmicas dos materiais de construção.

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Movimentação térmica em lajes de cobertura sobre paredes autoportantes

Em geral, as coberturas planas estão mais expostas às mudanças térmicas naturais do que os paramentos verticais das edificações, ocorrem, portanto, movimentos diferenciados entre os elementos horizontais e verticais.

Além disso, podem ser mais intensificados pelas diferenças nos coeficientes de expansão térmica dos materiais construtivos desses componentes. Segundo alguns autores, o coeficiente de dilatação térmica linear do betão é aproximadamente duas vezes maior que o das alvenarias de uso corrente, considerando-se aí a influência das juntas de argamassa.

Deve-se considerar também que ocorrem diferenças significativas de movimentação entre as superfícies superiores e inferiores das lajes de cobertura, sendo que normalmente as superfícies superiores são solicitadas por movimentações mais bruscas e de maior intensidade.

Por estas razões, e devido ao fato de as lajes de cobertura normalmente encontrarem-se vinculadas às paredes de sustentação, surgem tensões tanto no corpo das paredes, quanto nas lajes.

Teoricamente, as tensões de origem térmica são nulas nos pontos centrais das lajes, crescendo proporcionalmente em direção aos bordos onde atingem seu ponto máximo.

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Propagação das tensões numa laje de cobertura com bordos vinculados devido a efeitos térmicos

A dilatação plana das lajes e o encurvamento provocado pelo gradiente de temperatura introduzem tensões de tração e de corte nas paredes das edificações. As fendas desenvolvem-se quase exclusivamente nas paredes, apresentando tipicamente as seguintes configurações.

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Movimentações que ocorrem numa laje de cobertura , sob ação da subida da temperatura

 

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Fenda típica presente no topo da parede paralela ao comprimento da laje, a direção das fissuras são perpendiculares às resultantes de tração(δt), indica o sentido da movimentação térmica (no caso, da esquerda para direita)

A presença de aberturas nas paredes propiciará o aparecimento de regiões naturalmente enfraquecidas (ao nível do peitoril e ao nível do topo de caixilhos), desenvolvendo–se as fissuras preferencialmente nessas regiões. Assim, em função das dimensões da laje, da natureza dos materiais que constituem as paredes, do grau de aderência entre paredes e laje e da eventual presença de aberturas, poderão desenvolver-se fendas inclinadas próximos do topo das paredes.

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Fissura causada pela expansão térmica da laje de cobertura

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Fissura causada pela expansão térmica da laje de cobertura

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Fissura causada pela retração térmica da laje de cobertura

Alguns exemplos de casos reais

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Para teorizar acerca do pH e POH precisamos entender primeiro que ácidos são substâncias que produzem iões hidrogénio (H+) quando dissolvidos em água. Bases são substâncias que produzem iões hidróxido (OH-) também quando dissolvidos em água. Estes ácidos que ionizam em soluções diluídas (por exemplo, a dissolução do sal NaCl em água produz uma solução) para produzir iões hidrogénio – até próximo da ionização completa – são classificados como ácidos fortes. Por contraste, os ácidos que ionizam de maneira fraca, produzindo poucos iões hidrogénio são classificados como ácidos fracos. Por outro lado, as bases fortes praticamente ionizam completamente, produzindo muitos iões hidróxidos. Da mesma forma, bases fracas ionizam pouco e, consequentemente, produzem poucos iões hidróxido. A resistência relativa de um ácido ou de uma base é determinada comparando-se a concentração dos iões hidrogénio em solução, em relação à da água. A água pura é neutra. A água dissocia-se em igual número de iões hidrogénio e hidróxido. Em termos realistas, a água é pouco ionizada. Num litro de água pura, à temperatura de 25°C, a concentração, tanto de hidrogénio como de hidróxido, totaliza apenas 1 x 107g iões. O produto iónico ou constante de ionização da água é igual a:

[H+] [OH-] = (1 x 107) (1 x 107) = 1 x 1014

A concentração do ião hidrogénio ou do ião hidróxido é expressa em moles/litro. Por definição, pH é logaritmo negativo de base 10 da concentração de iões hidrogénio.

PH = -log[H] = log 1/[H+]

Logo, quanto maior a concentração de iões hidrogénio, mais forte o ácido será e tanto menor será o pH.

O mesmo raciocínio adotar-se-á para a escala do POH. Quando as concentrações dos iões hidrogénio e hidróxido forem expressas em moles/litro, a soma do pH e do POH será igual a 14. A acidez ou a alcalinidade de uma solução aquosa no interior da massa do betão pode ser medido facilmente usando-se indicadores em forma de lápis comparando, a seguir, com uma tabela de cores.
O betão possui uma alta alcalinidade graças, principalmente, à presença do Ca(OH)2 libertado aquando das reações de hidratação do cimento. Acontece que esta alcalinidade pode ser reduzida com o tempo, fazendo com que o betão funcione como um verdadeiro eletrólito.

Muitos investigadores têm proposto um valor crítico para o pH do betão que varia de 11,5 e 11,8, abaixo do qual já não se assegura a manutenção da passivação (proteção) das armaduras que incorpore.
Outro aspeto muito importante que deve ser compreendido é o eletroquímico. Como sabemos da eletroquímica, o aço é feito de vários metais, pelo que, uma vez exposto a um betão tendo solução propícia nos seus vazios, formará milhares de pilhas galvânicas e, naturalmente, campos elétricos, devido a imposição de voltagens diferenciadas entre cada metal existente ao longo da barra, provocando a migração ou deslocamento dos iões adjacentes a estas pilhas, na massa do betão, fechando o circuito elétrico. O fluxo de corrente elétrica que ocorre no ambiente betão/armadura é devido ao deslocamento dos iões presentes na solução existente nos seus vazios. O popular efeito migração nada mais é do que aquele deslocamento dos iões presentes na solução existente nos poros do betão sob o efeito do campo elétrico. Por outro lado, não podemos esquecer que, concomitantemente ou não, também poderão ocorrer migração ou deslocamento de iões através do betão, apenas sob o efeito das diferenças das suas concentrações nas soluções existentes nos poros do betão. Isto, por si só, causa corrosão no aço, devido ao facto de que aqueles iões ficam sujeitos a interações eletrostáticas devido à natureza das suas cargas elétricas e, portanto, conduzindo eletricidade.

Começa hoje o ISBP 2015 – 1º Simpósio Internacional de Patologias em Edifícios, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Mais informações aqui: paginas.fe.up.pt/~isbp2015.

O deficiente comportamento higrotérmico da envolvente dos edifícios é uma das principais causas das patologias observadas na construção. É, por isso, importante um bom conhecimento dos fenómenos de transferência de humidade e calor entre os diferentes elementos de construção.

A envolvente dos edifícios pode intervir a vários níveis nas trocas de humidade entre o exterior e o interior:
– Transferência de humidade por ventilação do exterior para o interior;
– Transferência de humidade através das paredes, em consequência do gradiente de pressão parcial de vapor;
– Transferência de humidade entre a atmosfera e as paredes, e entre estas e o ambiente interior.

Os mecanismos que regem o transporte de humidade numa parede são complexos, podendo dar-se em diferentes fases:
– Na fase vapor, a difusão e os movimentos convectivos no interior dos poros condicionam o transporte;
– Na fase líquida, a capilaridade, a gravidade e o efeito de gradiente de pressão externa comandam a transferência de humidade.

No entanto, o transporte em fase líquida e em fase vapor ocorre em simultâneo e as condições de temperatura, humidade relativa, precipitação, radiação solar e pressão do vento dos ambientes ­ que definem as condições fronteira no interior e exterior ­ são muito variáveis ao longo do tempo.

Do ponto de vista físico, podemos considerar que há três mecanismos de transferência de humidade: absorção, condensação e capilaridade. Estes três mecanismos permitem explicar, na generalidade dos casos, a variação do teor de humidade no interior dos materiais de construção com estrutura porosa.

O mecanismo de absorção é consequência das forças intermoleculares que actuam na interface sólido-fluído, no interior dos poros, e que por difusão superficial transportam a humidade, através de moléculas de água, quando absorvidas pela superfície porosa interior de materiais higroscópicos e microcapilares. A principal força responsável pela difusão superficial é a humidade relativa.

A forma da curva de absorção pode ser dividida em três fases dependendo do tipo de fixação das moléculas de água. Numa primeira fase, ocorre através da difusão e movimentos convectivos, a fixação de uma camada de moléculas de água na superfície interior do poro (absorção monomolecular), a que se segue, numa segunda fase, a deposição de várias camadas de moléculas (absorção plurimolecular). A condensação capilar corresponde à última fase. A diminuição da pressão de vapor de saturação por cima das superfícies curvas, depende do ângulo de curvatura dos meniscos como expressa a equação de Kelvin. Quando o diâmetro dos poros é suficientemente pequeno, há a junção das camadas plurimoleculares (condensação capilar), e estes serão completamente preenchidos com água.