Patologias e corrosaõ em estruturas metálicas

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
Curso de Engenharia Civil
PATOLOGIAS E CORROSÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS
Novembro 2017
INTRODUÇÃO
Desde o século XVIII, quando se iniciou a utilização de estruturas metálicas na construção civil até os dias atuais, o aço tem possibilitado aos arquitetos, engenheiros e construtores, soluções arrojadas, eficientes e de alta qualidade. Das primeiras obras - como a Ponte Ironbridge na Inglaterra, de 1779 - aos ultramodernos edifícios que se multiplicaram pelas grandes cidades, a arquitetura em aço sempre esteve associada à ideia de modernidade, inovação e vanguarda, traduzida em obras de grande expressão arquitetônica e que invariavelmente traziam o aço aparente. No entanto, as vantagens na utilização de sistemas construtivos em aço vão muito além da linguagem estética de expressão marcante; redução do tempo de construção, racionalização no uso de materiais e mão de obra e aumento da produtividade, passaram a ser fatores chave para o sucesso de qualquer empreendimento.
Essas características que transformaram a construção civil no maior mercado para os produtores de aço no exterior, começaram agora a serem percebidas por aqui. Buscando incentivar este mercado e colocar o Brasil no mesmo patamar de desenvolvimento tecnológico de outros países, a COSIPA vem oferecer uma vasta gama de aços para aplicação específica na construção civil.
O sistema construtivo em aço apresenta vantagens significativas sobre o sistema construtivo convencional, tais como, liberdade no projeto de arquitetura, maior área útil, flexibilidade, compatibilidade com outros materiais, menor prazo de execução, racionalização de materiais e mão-de-obra, alívio de carga nas fundações, garantia de qualidade, antecipação do ganho, organização do canteiro de obras, reciclabilidade, preservação do meio ambiente, precisão construtiva.
Na construção metálica podem se definir as seguintes etapas: concepção estrutural (projeto, detalhamento e dimensionamento), fabricação, montagem, utilização e manutenção. 
Pode-se visualizar as falhas como uma consequência de ações humanas, como: a falta de capacitação técnica do pessoal envolvido no processo de construção, em todas suas etapas, utilização de materiais de baixa qualidade, de causas naturais ligadas ao envelhecimento dos materiais componentes das estruturas (por exemplo, corrosão) e de ações externas ambientais. 
Projetar uma estrutura significa resolver integralmente os seguintes aspectos: segurança, funcionalidade e durabilidade, todos eles igualmente prioritários. As falhas ou acidentes estruturais podem ter suas origens em qualquer uma das atividades inerentes ao processo de construção.
Evitar a repetição dos acidentes ou falhas é um desafio para todos os envolvidos no processo da construção metálica. Uma das formas para reduzir o número de falhas é a divulgação delas, já que pode-se aprender a partir da análise das causas que conduziram uma estrutura metálica ao colapso ou a um funcionamento inadequado.
OBJETIVO
	O objetivo deste trabalho é apresentar e analisar algumas das principais patologias observadas em estruturas metálicas, oferecendo recomendações para evitá-las. 
PATOLOGIAS EM ESTRUTURAS DE AÇO
O termo "patologia" é derivado do grego (pathos - doença, e logia - ciência, estudo) e significa "estudo da doença". Na construção civil pode-se atribuir patologia aos estudos dos danos ocorridos em estruturas.
Essas patologias podem se manifestar de diversos tipos e, por ser encontrada em diversos aspectos, recebe o nome de manifestações patológicas.
Assim como toda estrutura, as estruturas metálicas estão passíveis de sofrerem processos de deterioração, denominadas “PATOLOGIAS”, se não forem projetadas, executadas, utilizadas e passarem por processos periódicos de manutenção.
Origens:
As patologias não têm sua origem concentrada em fatores isolados. A origem das patologias pode estar ligada a uma das etapas da vida útil da estrutura metálica: 
Falhas de projeto e de detalhamento, podem causar danos e deterioração da estrutura até o comprometimento precoce e alto risco de colapso da estrutura em serviço;
Falhas nos processos e detalhes construtivos, podendo originar desde redução da durabilidade da obra até risco de colapso durante a construção;
Qualidade ou utilização inadequada dos materiais, originando desde deterioração precoce até redução na vida útil da estrutura;
Falhas de manutenção ou ausência de manutenção preventiva, derivando numa possível degradação acelerada da estrutura, podendo comprometer a sua segurança;
Utilização indevida da estrutura, originado danos e redução da vida útil, com comprometimento da segurança estrutural.
Em cada etapa de uma obra, pode-se verificar a existência de ocorrências de falhas, porém a etapa de projeto ainda é a maior fonte delas. Em geral, as falhas no projeto (considerando dentro do projeto: o cálculo, detalhamento, as plantas executivas e construtivas, e as plantas de montagem) são as principais responsáveis pelos danos localizados e pela degradação precoce de uma estrutura. 
A falta de um bom detalhamento impede e dificulta a manutenção. Segundo MESEGUER (1991), a origem das falhas em edificações é distribuída conforme:
Categorias:
De forma geral, as patologias das estruturas de aço podem ser divididas em três categorias, conforme destacado abaixo: 
Adquiridas: São patologias estruturais provenientes da ação de elementos externos, como a poluição atmosférica, umidade, gases ou líquidos corrosivos e vibrações excessivas provocadas pelo uso indevido da estrutura. Resultam, em geral, de problemas relacionados com a falta de preparo inicial da estrutura ou com a falta de manutenção. A corrosão é a mais visível. 
Transmitidas: Originárias de vícios ou desconhecimento técnico do pessoal de fabricação ou montagem da estrutura. São, por esse motivo, transmitidas de obra para obra. É o caso, por exemplo, de soldadores que não se preocupam em retirar a pintura dos pontos de solda, ignorando que a carbonização da tinta prejudica a qualidade do serviço. Estão inclusos, também, os casos de falta de prumo. 
Atávicas: São patologias resultantes de má concepção de projeto, erros de cálculo, escolhas de perfilados ou chapas de espessuras inadequadas ou, ainda, do uso de tipos de aço com resistência diferente das consideradas no projeto. Não são fáceis de reparar, costumam exigir reforços, adições, escoramentos etc. 
Patologias mais comuns:
CORROSÃO: 
Dentre as diversas patologias que podem afetar uma estrutura de aço, a mais comum é a corrosão, que se manifesta nos detalhes construtivos e, principalmente, nas ligações de solda. A corrosão é um tipo de deterioração que pode ser facilmente encontrada em obras metálicas.
O aço oxida quando em contato com gases nocivos ou umidade, necessitando por isso, de cuidados para prolongar sua durabilidade.
A corrosão é um processo de deterioração do material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, etc.
Em certos casos quando a corrosão está em níveis elevados, torna-se impraticável sua remoção, sendo portanto a prevenção e controle as melhores formas de evitar problemas
CORROSÃO UNIFORME: 
Mais comum e facilmente controlável, consiste em uma camada visível de óxido de ferro pouco aderente que se forma em toda a extensão do perfil. É caracterizada pela perda uniforme de massa e consequente diminuição da secção transversal da peça.
Esse tipo de corrosão ocorre devido à exposição direta do aço carbono a um ambiente agressivo e à falta de um sistema protetor.
Dependendo do grau de deterioração da peça, pode-se apenas realizar uma limpeza superficial com jato de areia e renovar a pintura antiga. Em corrosões avançadas, deve-seoptar pelo reforço ou substituição dos elementos danificados. Em qualquer caso é preciso a limpeza adequada da superfície danificada.
A corrosão uniforme pode ser evitada com a inspeção regular da estrutura e com o uso de ligas especiais como o aço inoxidável. Sua localização é uma das mais simplificadas e permite que problemas sejam evitados quando se existe serviços de manutenção preventiva.
 
CORROSÃO GALVÂNICA:
Esse tipo de corrosão ocorre devido a formação de uma pilha eletrolítica quando utilizados metais diferentes. As peças metálicas podem se comportar como eletrodos e promover os efeitos químicos de oxidação e redução.
É fácil encontrar esse tipo de contato em construções. A galvanização de parafusos, porcas e arruelas; torres metálicas de transmissão de energia que são inteiramente constituídas de elementos galvanizados, esquadrias de alumínio encostadas indevidamente na estrutura e diversos outros casos decorrentes da inadequação de projetos.
A seguir temos um exemplo do que pode ocorrer do contato de telhas galvanizadas ou de alumínio com a estrutura, da criação de furos nas peças estruturais e fixação das telhas com parafusos galvanizados. 
Ela é evitada através do isolamento dos metais ou da utilização de ligas com valores próximos na série galvânica.
 
CORROSÃO POR LIXIVIAÇÃO:
Outra forma de ataque às superfícies, essa corrosão forma laminas de material oxidado e se espalha por debaixo dele até camadas mais profundas. O combate a essa floculação é feito normalmente com tratamento térmico.
CORROSÃO POR EROSÃO:
Ocorre em locais turbulentos onde o meio corrosivo se encontra em alta velocidade aumentando o grau de oxidação das peças. É possível encontrar esse problema em locais que contenham esgotos em movimento, despejo de produtos químicos (indústrias) ou ação direta de água do mar (portos, pontes e embarcações).
Ela pode ser diminuída por revestimentos resistentes, proteção catódica, redução do meio agressivo e materiais resistentes à corrosão.
CORROSÃO SOBRE TENSÃO:
Esse problema é resultante da soma de tensão de tração e um meio corrosivo. Essa tensão pode ser proveniente de encruamento, solda, tratamento térmico, cargas, etc. Normalmente, regiões tencionadas funcionam como ânodos em relação ao resto do elemento e tendem a concentrar a cessão de elétrons. Com o tempo surgem microfissuras que podem acarretar um rompimento brusco da peça antes da percepção do problema.
CORROSÃO POR PONTOS
Altamente destrutivo, este tipo de corrosão gera perfurações em peças sem uma perda notável de massa e peso da estrutura.
Pode ser difícil de se detectar quando em estágios iniciais, pois na superfície a degradação é pequena se comparada à profundidade que pode atingir.
Ela ocorre normalmente em locais expostos à meios aquosos, salinos ou com drenagem insuficiente.
Para se evitar esse ataque, as peças não devem acumular substâncias na superfície e todos os depósitos encontrados devem ser removidos durante as manutenções.
A intervenção deve ser realizada com base no estado em que o processo corrosivo se encontra. Deve-se efetuar a limpeza no local e se a estrutura não estiver comprometida, pode-se cobrir o furo aplicando sobre ele um selante especial. 
É importante a experiência do fiscal devido a possibilidade de se necessitar de uma intervenção mais complexa, com reforço da estrutura ou até mesmo substituição de peças.
 
CORROSÃO POR FRESTAS
Ocorre em locais que duas superfícies estão em contato ou muito próximas (0,025 a 0,1 mm). Como consequência, o processo de corrosão se concentra na parte mais profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse problema.
Em geral, esse problema afeta somente pequenas partes da estrutura, sendo, portanto, mais perigosa do que a corrosão uniforme, cujo alarme é mais visível.
Se a corrosão estiver em estágio inicial, pode-se recorrer à limpeza superficial, secagem do interior da fenda e vedação com um líquido selante, aplicando-se posteriormente um revestimento protetor. Se a corrosão estiver em nível avançado, torna-se necessário como nos outros processos o reforço ou substituição de peças.
CORROSÃO EM RANHURAS
Todos os defeitos que contenham cantos vivos, locais para depósito de solução aquosa ou exposição do material não protegido, podem vir a apresentar essa corrosão.
Por seu tamanho diminuto, as ranhuras muitas vezes passam despercebidas em manutenções e se tornam visíveis somente quando o material oxidado aflora na superfície.
Riscos, gretas, pontos parafusados entre outros são enquadrados nesse tema e recebem uma solução semelhante à corrosão por frestas.
É importante a limpeza da superfície danificada, removendo-se todas as impurezas do local. Por não serem em geral muito degradantes, essas ranhuras podem ser pintadas garantindo a interrupção da corrosão. 
 
São conhecidos diversos modos de evitar corrosões, porém, para cada tipo existe um método que melhor se aplica. Em geral, os processos de prevenção exigem investimento financeiro e são realizados com as peças ainda em ambiente industrial. Outros meios, como revestimento, são feitos em obra e também garantem a qualidade da peça.
DEFROMAÇÕES EXCESSIVAS:
Causadas por sobrecargas ou efeitos térmicos não previstos no projeto original, ou ainda, deficiências na disposição de travejamentos.
FLAMBAGEM LOCAL OU GLOBAL:
Causadas pelo uso de modelos estruturais incorretos para verificação da estabilidade, ou deficiências no enrijecimento local de chapas, ou efeitos de imperfeições geométricas não consideradas no projeto e cálculo.
FRATURA E PROPAGAÇÃO DE FRATURAS:
Falhas estas iniciadas por concentração de tensões, devido a detalhes de projeto inadequados, defeitos de solda, ou variações de tensão não previstas no projeto.
ESTUDO DE CASOS: 
FALHA NO GABARITO DA FURAÇÃO
Causado por problemas de ajuste de furação. Este tipo de falha, tem sua origem na fabricação, sendo necessário um controle de qualidade mais ostensivo, afim de evitar este problema.
FUROS NÃO PREVISTOS NO PROJETO
A Figura apresenta dois furos na coluna (3), tais aberturas foram executadas para permitir a passagem de tubulações elétricas, não previstas no projeto original.
Neste caso deveria ser avaliada a influência dessas aberturas na resistência do perfil da coluna, principalmente, sendo que tais aberturas reduzem as abas das mesas do perfil.
FALTA DE PARAFUSOS NA CONEXÃO
	A figura apresenta a falta de um parafuso de cada lado de uma ligação viga/coluna.
Neste caso, as furações foram conferidas conforme plantas, e constatou-se um erro de projeto, pois os gabaritos de furação da viga e da coluna não coincidiam. 
Uma revisão das plantas na fábrica poderia ter evitado a falha. Porém a falha foi produzida no detalhamento do projeto.
SUBDIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS
	A Figura mostra a flambagem global de uma diagonal composta de uma treliça. Pode-se afirmar que no dimensionamento desse elemento não foram consideradas todas as possibilidades de carregamento, e não foi realizada uma revisão de flambagem no elemento global e seus componentes. 
 
IMCOMPATIBILIDADE DE PROJETOS DE CONCRETO E METÁLICOS
A Figura mostra um dos problemas mais comuns na execução de projetos de estrutura metálica: a incompatibilidade dos projetos de estrutura metálica com os de concreto (em galpões, esta falha acontece nas bases de colunas).
A solução dada foi complementar o apoio de concreto. É evidente que deve existir uma interação entre os projetistas de obras metálicas e de obras de concreto, ou ao menos quem projeta as bases de acordo com os dados do projeto metálico deveria se ajustar às dimensões fornecidas no projeto da estrutura metálica.
FALTA DE CONCORDÂNCIA DE EMENDAS
A Figura apresenta a emenda de uma treliça realizada no canteiro de obra, sendo que o banzo tem duas seções de tubo quadrado diferentes.
Este tipo de falha gera excentricidades na transmissão de esforços, no caso de tais esforços serem de compressão a reduçãona capacidade resistente do banzo é evidente, já que aparecem esforços adicionais de flexão.
Uma operação de pré-montagem, poderia ter evitado a falha, assim como, um controle dimensional. Em alguns casos, faz-se necessária uma verificação de concordância entre as peças a serem montadas no canteiro de obra.
CONCLUSÃO:
Os casos de falhas localizadas ou globais em estruturas metálicas podem levar estas ao colapso ao atingir algum dos estados limites de resistência, ou ainda, estado limite de utilização, provocando perdas humanas ou perdas econômicas importantes. Pequenas falhas afetam a confiabilidade e credibilidade das empresas, reduzindo a qualidade de seus produtos. 
Devido a esses aspectos e pela riqueza de experiências que geram as falhas, elas devem ser avaliadas, estudadas e compartilhadas no meio técnico através de publicações técnicas, permitindo que os profissionais possam evitá-las, ou ao menos, minimizá-las. 
O sucesso de uma obra em estrutura metálica inicia-se na sua concepção e no desenvolver de seu projeto detalhado para fabricação e montagem. As empresas que trabalham em estruturas metálicas, sejam estas de projeto, fabricação ou montagem, devem prever revisões de projetos conscientes e minuciosas no que diz respeito aos detalhes e conjuntos, em geral. 
Já, especificamente nas fábricas, devem existir controles rigorosos das plantas executivas, assim como, controle dimensional, sendo recomendável efetuar pré-montagens para assegurar o mínimo de falhas possíveis na montagem definitiva.
BIBLIOGRAFIA
MESEGUER, A.G., Controle e Garantia da Qualidade na Construção. São Paulo: SINDUSCON/SP 1991.
CESEC/UFPR – Centro de Estudos de Engenharia Civil da Universidade Federal do Paraná
ANDRADE, P.A., A construção com Estruturas Metálicas, São Paulo: Revista do Instituto de Engenharia, No. 500, 1994.
CHAMBERLAIN, Z.M., Notas sobre Patologia das Estruturas Metálicas. Passo Fundo: FEAR/UPF, 1998.