PATOLOGIAS EM ESTRUTURAS METÁLICAS

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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA
TAINÁ LUCIANA CORDEIRO CIVIDINI
PATOLOGIAS EM ESTRUTURAS METÁLICAS
Joaçaba
2019
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	4
2	REVISÃO BIBLIOGRÁFICA	5
2.1	AÇO	5
2.2	Patologias em estruturas metálicas	5
2.2.1	Corrosão	6
2.2.1.1	Corrosão uniforme	7
2.2.1.2	Corrosão localizada	7
2.2.1.2.1	Corrosão por frestas	8
2.2.1.2.2	Corrosão por pontos	8
2.2.1.3	Corrosão galvânica	8
2.2.2	Projeto, fabricação, execução e uso	9
2.2.2.1	Erros de Projeto	9
2.2.2.2	Erros de fabricação e montagem	10
2.2.2.3	Incompatibilidade entre os perfis	10
2.2.2.4	Erros de execução e uso	10
3	METODOLOGIA	10
3.1	DESCRIÇÃO DAS OBRAS	11
3.1.1	OBRA 1	11
3.1.2	OBRA 2	12
4	PATOLOGIA	13
4.1	OBRA 1	13
4.1.1	Patologia 1	13
4.1.1.1	Causa	13
4.1.1.2	Solução	14
4.1.2	Patologia 2	14
4.1.2.1	Causa	15
4.1.2.2	Solução	15
4.1.3	Patologia 3	15
4.1.3.1	Causa	16
4.1.3.2	Solução	16
4.1.4	Patologia 4	17
4.1.4.1	Causa	17
4.1.4.2	Solução	17
4.1.5	Patologia 5	18
4.1.5.1	Causa	18
4.1.5.2	Solução	18
4.2	OBRA 2	19
4.2.1	Patologia 6	19
4.2.1.1	Causa	20
4.2.1.2	Solução	20
5	CONCLUSÃO	21
REFERÊNCIAS	22
INTRODUÇÃO
Estrutura metálica é um elemento estrutural cuja seção é produzida totalmente em material metálico, principalmente aço. Este é formado essencialmente por ferro e carbono e sua resistência depende da quantidade de carbono utilizado.
A pouco tempo as estruturas metálicas vem crescendo no mercado de construção civil nacional, como uma alternativa de construção rápida e eficiente podendo ser utilizada para a execução de vigas, pilares, terças, treliças de telhado, barrotes de mezaninos, pórticos, pergolados, dentre outros. 
Os setores industriais adquiriram rapidamente este método de execução, pois as peças podem ser projetadas com seções mais esbeltas, estas melhoram o uso do espaço, reduz cargas sobre a fundação, tem um maior controle na hora de executar e é um sistema mais rápido para executar do que por exemplo alvenaria.
Para todos os casos os projetos são essenciais, avaliando cargas, perfis, ligações seções, sempre planejando de acordo com as normas vigentes e com o que o mercado disponibiliza.
A ausência de um planejamento da obra, o uso inadequado de materiais, aliado à falta de cuidados na execução, mão de obra não qualificada e a falta de adaptações quanto ao seu uso acabam gerando custos elevados com o decorrer do tempo.
A falta de manutenção periódica faz com que pequenas patologias, de baixo custo de recuperação, evoluam, comprometendo a qualidade estética da obra, tornando-a insegura e de alto custo para maior tê-la.
Deste modo busca-se apresentar obras de estrutura metálica na região as quais foram rigorosamente avaliadas e serão expostas algumas manifestações patológicas que se apresentam frequentemente em estruturas metálicas, devido à falta de controle de qualidade nas etapas do processo e na manutenção da estrutura.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Uma edificação de estrutura metálica deve oferecer condições de uso, segurança e conforto de forma que as atividades ali desenvolvidas não sofram interferências do meio em que está inserida. Qualquer situação anormal que venha a ocorrer com a edificação pode causar prejuízos de toda ordem de grandeza em consequência da alteração destas atividades. Devemos estar atentos e preparados para perceber, identificar e propor soluções para estes problemas.
AÇO
De acordo com Pinho (2010) o aço é produzido em um grande número de variedades, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações. Entre vários tipos de aço o aço carbono é o mais comum, onde possui em sua composição quantidade limitado dos elementos carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. Tem também outros elementos presentes em quantidades residuais.
A quantidade de carbono presente no aço define sua classificação, sendo que para perfis estruturais e vergalhões são utilizados aços de médio carbono (PINHO, 2010).
As estruturas de aço são constituídas por um grupo de peças, que, quando unidas, formam um conjunto que dá sustentação à construção. O ponto de partida para o desenvolvimento das estruturas são os projetos, fundamentais para a fabricação e a montagem das peças (CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO, 2015).
A produção de uma estrutura em aço consiste em; elaboração do projeto básico, projeto estrutural, projeto de fabricação (detalhamento), aquisição de matéria-prima e insumos, fabricação, limpeza e proteção, transporte e montagem (CBCA, 2015).
Qualquer item elaborado ou executado de forma incorreta pode acarretar inúmeras patologias e consequentemente inúmeros prejuízos em uma estrutura.
Patologias em estruturas metálicas
No Brasil, as construções desde pequeno porte até as de grande porte, como pontes, viadutos, túneis, obras hidráulicas, construções residenciais e comerciais, sofrem pela ação do clima. Elevados gradientes de temperatura, muitas vezes no mesmo dia, grandes volumes de chuvas, poluições e ambientes de grande agressividade contribuem para o surgimento de manifestações patológicas que estão associadas com uma ou mais formas de deterioração (SACCHI; SOUZA, 2016). 
Ainda de acordo com Sacchi e Souza (2016) as anomalias em estruturas metálicas também são, na grande maioria, resultantes de falhas de projetos, erros na fabricação e montagem das estruturas causadas por negligência ou inexistência de controle de qualidade ou então da falta de manutenção.
Henrique (2001), indica as principais origens de manifestações patológicas na construção civil, sendo 42 % decorrente do projeto, 28,40 % decorrente da forma de execução, 14,50 % dos materiais empregados, 9,5 % da forma de uso e 5,60 % de outras causas.
Segundo Pravia e Betinelli (2016) as manifestações patológicas mais comuns em estruturas de aço podem ser definidas em seis tipos principais como corrosão localizada, corrosão generalizada, deformações excessivas, flambagem local ou global, fratura e propagação de fraturas.
Corrosão
Entende-se por corrosão a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos (AMARAL, 2011)
Segundo o Portal metálica (20--) a corrosão 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.
Segundo Maidel et al. (2009) as principais consequências decorrentes de corrosão nas estruturas metálicas são: 
· Elevados custos e manutenção de processos de proteção;
· menor eficiência do equipamento;
· perdas e contaminação dos produtos;
· eventuais riscos de acidentes e poluição em ambientes de trabalho;
· queda de rendimento;
· perda das propriedades da estrutura como a resistência mecânica, comprometendo a estabilidade da estrutura.
Existem vários tipos de corrosão em estruturas metálicas, sendo que os mais comuns encontrados são destacados na Figura 1.
Figura 1- Tipos de corrosão
 
Corrosão uniforme
Segundo Amaral (2011) a corrosão uniforme se processa em toda a extensão da superfície, ocorrendo uma diminuição gradual da espessura da peça. Sendo a forma mais comum de corrosão em estruturas metálicas, e a menos perigosa delas por ser bastante visível e facilmente detectada.
De acordo com Lockstein (2018) este tipo de corrosão ocorre quando toda a superfície metálica está em contato com o meio corrosivo sendo tomado por uma camada de óxido pouco aderente. 
 Corrosão localizada
Causada por deficiência de drenagem das águas pluviais, deficiências de detalhes construtivos, permitindo o acúmulo de umidade e de agentes agressivos. Altamente destrutivo esse tipo de corrosão gera perfurações em peças sem uma perda notável de massa ou peso da estrutura. Pode ser difícil de detectar quando em estágios iniciais, pois na superfície a degradação é pequena se comparada à profundidade que pode atingir (LOCKSTEIN, 2018).
Corrosão por frestas
Ocorre em locais que duas superfícies estão em contatoou muito próximas (0,025 a 0,1mm). Devido a tensão superficial da água, está se aloja nas fendas disponíveis e tende a causar pilhas de aeração diferencial, onde a concentração de oxigênio nas bordas é superior à concentração da área mais interna da fenda, fazendo dessa uma região anódica. Como consequência, o processo de corrosão se concentra na parte mais profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse problema (PORTAL METÁLICA, 20--).
Corrosão por pites ou pontos
Segundo o Portal Metálica (20--), é altamente destrutivo, esse 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.
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 projeto (PORTAL METÁLICA, 20--).
Segundo o Portal Metálica (20--), ela é evitada através do isolamento dos metais ou da utilização de ligas com valores próximos na série galvânica.
Projeto, fabricação, execução e uso
As falhas decorrente de projetos, fabricação, execução estão ligadas diretamente a patologias, assim é importante abordar estes problemas, pois é a partir destes que irão surgir as patologias em estruturas metálicas.
De acordo com Messeguer (1991), o maior causador de falhas nas estruturas metálicas é o projeto apresentando cerca de 41% dos erros totais. O demonstra as principais patologias em estruturas.
Gráfico 1- Falhas em edificações de estruturas metálicas
Fonte: Messeguer (1991).
Erros de Projeto
De acordo com Rocha (2018) o cálculo, detalhamento, as plantas executivas e construtivas, as plantas de montagem são as principais responsáveis pelos danos localizados e pela degradação precoce de uma estrutura. Sendo que a falta de um bom detalhamento impede e dificulta a manutenção.
Erros de cálculos no dimensionamento e detalhamento de estruturas, não considerar o ambiente em que será exposta a estrutura, podem causar danos e deterioração em estruturas além comprometer a estrutura podendo a mesma vir a colapso.
Erros de fabricação e montagem
Castro (1999), cita que são erros causados por problemas durante a fabricação dos elementos estruturais o diâmetro errado do furo ou do parafuso, a utilização de parafuso incompatível com a ligação, erros na locação dos furos durante a fabricação além de furos não previstos no projeto ou aperto inadequado de parafusos.
	
Incompatibilidade entre os perfis
É um problema em que dois perfis de diferentes dimensões são soldados entre si. Este problema não é decorrente de uma solda mal feita, e sim de erro de projeto ou de fábrica. O resultado é a não continuidade física da ligação no ponto de coincidência dos elementos, podendo acarretar em excentricidades, variações das propriedades geométricas e descontinuidades não prevista em cálculo. O risco de colapso nestes casos é considerável. Também ocorre por problemas de controle de produção na fábrica (CASTRO, 1999).
Erros de execução e uso
Ligações incorretas, peças posicionadas em locais diferentes podem ocasionar deformações excessivas em algumas peças, podendo comprometer a vida útil da estrutura. 
Defeitos dos perfis por choque também podem ocasionar patologias sendo que tanto a estrutura como o perfil ficam comprometidos e expostos a riscos, como excesso de deformação, no local do choque onde ocorre uma ranhura pode ser o início de um ponto de corrosão entre outros fatores preocupantes. 
METODOLOGIA
Para execução do trabalho inicialmente foi realizado um estudo bibliográfico sobre estruturas de aço e suas patologias, a fim de agregar embasamento teórico a análise das obras, posteriormente efetuou-se visitas nas edificações identificando suas patologias, problemas construtivos e indicando suas possíveis causas e tratamentos. 
Ressalta-se que todas as fotografias presentes no relatório possuem como fonte os autores do trabalho.
DESCRIÇÃO DAS OBRAS
OBRA 1
A obra 1 é um escritório que possui dois pavimentos, onde sua estrutura é metálica e o fechamento é de alvenaria. A edificação localizada no munícipio de Iomerê – SC, está ainda em fase de acabamento, sendo que está foi iniciada no final do ano de 2017. Está obra é integrante de uma indústria a qual possuí 3 galpões totalizando aproximadamente 4000 m², todos em estrutura metálica. 
Figura 2- Escritório BOM PLAST
As patologias foram identificadas tanto em vigas, pilares como também na cobertura do escritório o qual ainda não foi ocupado.
Nos galpões devido o pé direito ser muito elevado não foi possível verificar as treliças.
OBRA 2
A obra 2 é uma galpão industrial localizado no município de Pinheiro Preto – SC, a estrutura tem aproximadamente 3270,00 m² e está construída a 10 anos. Nesta obra foi avaliada a estrutura da cobertura.
Figura 3- Industria CAPRIMA
De acordo com funcionários, nunca foi feito manutenção na cobertura, sendo que está possuí dez anos. 
PATOLOGIA
Neste capítulo serão identificadas em cada obra as patologias encontradas, suas possíveis causas e soluções.
OBRA 1
Patologia 1
A Figura 4 apresenta um tipo de patologia comum em estruturas metálicas, sendo denominada corrosão por frestas a qual é uma forma de corrosão localizada que acontece em superfícies que estão muito próximas. A falta de uma proteção como pintura onde foi executada a solda também acaba colaborando para o processo de corrosão. A figura apresentada se trata de um pilar, sendo que todos os pilares da estrutura apresentavam o mesmo problema.
Figura 4- Pilar com corrosão por fresta
Causa
As duas superfícies estão muito próximas, porém nesta junção foi executado uma solda descontinua e devido à presença de umidade e sujeira se alojam nas fendas causando pilhas de aeração diferencial, onde a concentração de oxigênio nas bordas é superior à concentração da área mais interna da fenda, ocorrendo a corrosão por frestas.
Essa estrutura também não recebeu uma pintura, galvanização ou proteção adequada, principalmente nas áreas soldadas, aumentando assim a área de abrangência da corrosão.
Solução
Para solucionar o problema de corrosão por frestas inicialmente deve-se executar a limpeza superficial, deve-se também efetuar a secagem do interior da fenda e executar uma vedação nas frestas afim de que impeça a penetração de umidade e sujeira, podendo utilizar líquidos selante e aplicação de revestimento protetor.
Para evitar que ocorra a corrosão em frestas é necessário executar a solda completamente de forma continua, fazer inspeções e manutenções removendo sujeiras e cuidando para que não fique umidade durante um longo período de tempo.
Patologia 2
A Figura 5 apresenta uma patologia também comum em estruturas metálicas, a qual pode ser altamente destrutiva se não tomados os cuidados necessários no início. A patologia apresentada se trata de corrosão por pites ou pontos e também apresenta problemas no cordão da solda. Esse tipo de corrosão gera perfurações em peças sem uma perda notável de massa e peso da estrutura, como mostra a Figura 5, porém neste caso já ocorreu uma perda de seção.
Figura 5- Corrosão por pontos
 
Estás patologias foram identificadas na solda que liga a viga com o pilar.
Causa
Na figura acima pode ser observada que a solda MIG apresenta vários problemas, apresentando respingos excessivos, não é uma solda contínua, início do cordão deficiente, mordedura e porosidade. Facilitando assima ocorrência de patologias nestes pontos.
A corrosão identificada se trata de uma corrosão por pites, esse tipo de corrosão pode ser ocasionada pela deposição concentrada de material nocivo ao aço ou por pequenos furos que possam permitir a infiltração e o alojamento de substâncias líquidas na peça, como foi o caso desta patologia. 
A corrosão não era muito evidente na parte externa porém ao colocar um palito, dentro do “furo” pode-se notar que o pilar naquele ponto já perdeu sua seção inicial. Pode-se notar que nesta área possui uma grande quantidade de furos devido à má execução da solda o que pode ter ocasionado o acumulo de materiais gerando corrosão.
Solução
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
Para se evitar esse ataque, a execução de soldas como é o caso deveriam ser bem feitas, impedindo as peças de acumular substâncias na superfície e todos os depósitos encontrados devem ser removidos durante as manutenções.
Patologia 3
A Figura 6 se trata de uma patologia identificada como corrosão por placas, sendo que ela foi encontrada em regiões específicas da superfície metálica e não em toda sua extensão, formando assim placas com escamações. A falta de proteção pintura má executada também foram fatores que influenciaram a ocorrência de patologias nestas áreas.
Todas as vigas da estrutura apresentavam a patologia por placas, sendo em algumas um estado mais avançado e em outras menos. Não foi possível identificar se ocorreu perda de seção.
Figura 6- Corrosão por placas
Causa
Esse tipo de corrosão ocorre devido à exposição direta do aço carbono a um ambiente agressivo, presença de umidade sendo que a pintura/proteção foi executada de maneira inadequada.
Solução 
Como o grau de deterioração não é muito elevado, visto que não foi identificado a perda de seção, basta apenas realizar uma limpeza superficial com jacto de areia e renovar a pintura, fazendo a manutenção periódica.
Patologia 4
A Figura 7 demonstra o problema de incompatibilidade dos perfis, solda má executada e falta de proteção onde foi realizada a solda.
Figura 7- Incompatibilidade de perfis
 
Causa
O problema pode ser decorrente de erros de projeto, fabricação no caso da incompatibilidade dos perfis. Para o problema da solda a causa foi decorrente da má execução, sendo que ficou frestas permitindo o acumulo de água dentro do perfil, já que este de um formato de U enrijecido e também a falta de pintura em alguns pontos e a pintura má executada em outros pontos.
Solução
Após executada, uma possível solução para a estrutura seria efetuar a troca dos perfis incompatíveis, por perfis adequados. Porém isso poderia ter sido evitado durante na hora do dimensionamento, pois poderia ser feito uma verificação de concordância entre as peças antes de serem montadas. 
Para o problema de corrosão como não apresentou redução de seção, seria necessário executar uma limpeza profunda e realizar uma proteção/pintura.
Patologia 5
Como descrito na apresentação da obra, está estrutura tem menos de um ano e apresenta diversos problemas, gerados por todos os processos como dimensionamento, fabricação e execução. 
Na Figura 8 ficou evidente o tipo de corrosão por placas, sendo que ela foi encontrada em regiões específicas da superfície metálica e não em toda sua extensão, formando assim placas com escamações.
Em todas os nós das treliças apresentavam a mesma patologia, o que pode ser então ocasionado pela falta de proteção em todas as soldas.
Figura 8- Corrosão por placas
 
Causa
Esse tipo de corrosão ocorre devido à exposição direta do aço carbono a um ambiente agressivo, presença de umidade sendo que a pintura/proteção foi executada de maneira inadequada. Não foi possível identificar através do método visual se ocorreu perda de seção.
Solução 
Neste caso como não foi possível identificar o grau de deterioração, seria necessário executar ensaios mais específicos nestas áreas, para verificar se a estrutura está ou não comprometida. Se não estiver comprometido, basta realizar uma limpeza superficial com jacto de areia e renovar a pintura, fazendo a manutenção periódica. Caso esteja comprometida será necessário fazer um reforço ou em últimos casos trocas as peças.
OBRA 2
As patologias encontradas na obra 2, são casos mais graves, necessitando uma interferência imediata. 
Patologia 6
Como citado da referência bibliográfica, erros de projeto influenciam diretamente no surgimento de patologias como mostra a Figura 9. Onde se tem uma corrosão generalizada com perda de seção.
Figura 9- Corrosão generalizada
 
 
Causa
Este erro iniciou-se no projeto, onde o projetista não deu a devida atenção a que ambiente as treliças estariam expostas, sendo que estás foram expostas a gases e altas temperaturas, ocasionando uma série de patologias sequenciais, como corrosão generalizada, onde toda a seção da treliça está comprometida, diminuição considerável da seção ocorrendo um grande risco de colapso. 
Solução
Com as treliças nesta situação a única solução é substituí-la, atentando ao ambiente que serão expostas as novas e substituir o material das treliças para que resista. 
Ao conversar com os proprietários, estes informaram que já foi tomada as devidas providencias, sendo que já encaminharam para fabricação 3 novas treliças (as que estão na situação mais crítica), onde o material comprado para executar as novas treliças foi INOX, pois devido aos gases outras peças não aguentariam. Como a empresa funciona 24 horas/dia, 365 dias/ano é difícil executar a manutenção nas mesmas. Em relação aos custos, o proprietário informou que as três tesouras em inox custarão em torno de 80000,00. 
CONCLUSÃO
Após a análise de obras com estruturas metálicas visto que uma das obras está ainda em fase de acabamento, e outra está exposta a condições severas, conclui-se que as patologias surgem normalmente por falhas de projeto e má execução, ou seja, a grande maioria das patologias podem ser evitadas com medidas preventivas, através de uma boa concepção de projeto e controle de qualidade que deve ir desde a produção dos elementos em fábrica até a finalização do acabamento em obra. 
Verificou-se que a maioria das patologias nas estruturas metálicas ocorre, pois as empresas fabricantes não possuem um controle de qualidade efetivo sobre os seus produtos durante sua fabricação e controle durante a montagem. 
A patologia mais recorrente nas estruturas é a corrosão, a qual pode ser evitada somente com uma simples aplicação de pintura anticorrosiva na edificação ou por processo de galvanização por exemplo, portanto pode-se concluir. Assim conclui-se que as patologias são decorrentes da execução inadequada sendo agravados devido à falta de manutenção periódica por parte dos proprietários o que reduz a vida útil da edificação.
Sendo assim, para garantir um bom desempenho da estrutura é necessário preparo adequado da superfície, aplicação de revestimento anticorrosivo e inspeção durante a execução avaliando as condições do local e garantindo posicionamento correto dos perfis. Além disso, devem ser efetuadas manutenções periódicas como limpeza de perfis, retirada da corrosão e realização de novas pinturas para garantir a vida útil adequada dos elementos. 
REFERÊNCIAS
CASTRO, Eduardo Mariano Cavalcante de. Patologia dos edifícios em estrutura metálica. 1999. 204 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Ouro Preto. Disponível em: <http://repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/6247/1/DISSERTA%C3%87%C3%83O_PatologiaEdif%C3%ADciosEstrutura.pdf>. Acesso em: 30 oct. 2018.
MAIDEL, Bruna et al. Patologias das Edificações. 2009. p. 68. Disciplina de Tecnlologia da Edificação. Curso de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC. Florianópolis: 2009. Disponível em: <http://www.arq.ufsc.br/arq5661/trabalhos_2009-1/patologias/patologias.doc>.Acesso em: 30 oct. 2018.
PORTAL METÁLICA CONSTRUÇÃO CIVIL. Falhas em estruturas metálicas: Conceitos e Estudos de casos. [20--]. Disponível em: <http://wwwo.metalica.com.br/patologias-comuns-em-estruturas-metalicas>. Acesso em: 30 oct. 2018.
LOCKSTEIN, Scheila. Falhas e patologias em estruturas metálicas, 2018. Universidade do Oeste de Santa Catarina. 
SINCLER, Douglas. Patologias em estruturas metálicas, 2016. Seminário de patologias.