articularidade dos materiais metÁlicos na reabilitaÇÃo das ...cp2015/palestras/palestra manuela...

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-10

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15 PARTICULARIDADE DOS MATERIAIS

METÁLICOS NA REABILITAÇÃO DAS

CONSTRUÇÕES

Manuela Salta

LNEC, Portugal

XIII Congresso Latino-Americano de Patologia da Construção

XV Congresso de Controlo de Qualidade na Construção

Construção 2015: Congresso Luso-Africano da Construção

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Particularidade dos materiais metálicos na reabilitação das construções

TÓPICOS

1. Materiais metálicos/sustentabilidade da construção

2. Evolução nas ligas ferrosas e metais mais utilizados na

construção

3. Durabilidade

4. Prevenção da corrosão

4.1 Caraterização ambiente exposição

4.2 Seleção do material metálico e sistema proteção

4.3 Pormenorização do projeto

5. Considerações finais

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15

DURABILIDADE

MITO OU REALIDADE????

1.Materiais metálicos/Sustentabilidade da construção


Jardins do Palácio de

Queluz, (1771) Estátua D. José I, Praça do Comércio

Lisboa(1775)

Estátuas de Pb Estatua bronze

Tempo vida 350 anos!!

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Ponte D. Luis I, 1882

PORTO

Ponte D. Maria Pia, 1877



Ponte D. Luis, Santarem, 1881 Ponte Eiffel,Viana do Castelo,1886

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1779 -1ª ponte Coalbrookdale – Iron Bridge



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Edificio Alfandega (1859-1879), Porto

Elevador Sta Justa (1900), Lisboa Mercado da Ribeira(1882), Lisboa

Colunas ferro fundido



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Tabuleiro inferior _-manutenção periodica

Tabuleiro superior- falta manutenção

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Se

tem

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• Duráveis

• Estruturas de aço tempos de vida >

100 anos

• Apenas com manutenção periódica

dos sistemas de proteção

MATERIAIS METÁLICOS



Sustentabilidade da construção

• Compatibilidade com todos os materiais estruturais tradicionais

• Racionalização de uso materiais e mão-de-obra e a organização em

estaleiro

• Preservação do meio ambiente na reabilitação e manutenção

• Reciclagem a 100% e nalguns casos a reutilização em fim de vida

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Se

tem

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1800 2000 1900

Ferro fundido Ferro pudelado Aço

Bessemer

Aço- Martin- Oxygen Aço alta resistencia

65 – 100----------280

UTS

N/mm²

278-----------593–---------------------------1100 275---------415

rebites rebites e parafusos

soldaduras

parafusos

alta resistência

>Prop.

Mecanicas

ano


2. Evolução das ligas ferrosas e metais mais utilizados na construção

Importante conhecer o material na

reabilitação das estruturas antigas!

Evolução das ligas de ferro e das uniões

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-10

Se

tem

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Ferro pudelado Aço

Frágil Dúctil

Nas estruturas do final sec 19 é frequente haver misturas de elementos ferro

pudelado e aço e até do ferro fundido, pelo que é importante antes de iniciar a

reabilitação ter a caracterização do material existente!


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-10

Se

tem

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15


MATERIAIS METÁLICOS / CARATERÍSTICAS

Metal

Aço elevado teor C

Aço macio

Aço inox

Ligas Al

Ligas Ti

Ligas Cu

Ligas SMA Ni-Ti

Zn e suas ligas , Sn e suas ligas……


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Se

tem

bro

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• Coberturas

• Caixilharias

• Fachadas

• Sistemas tubagem

• Ferragens e outros

acessórios

MAT METÁLICOS


Titanio

Cobre

inox

aluminio

Zinco

Inox

Aluminio


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-10

Se

tem

bro

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15


LIGAS SMA ( MEMÓRIA FORMA)

São normalmente ligas de Ni-Ti ou Cu-Al-Zn em

que o limite de cedência e o módulo de elasticidade

aumenta com a temperatura até à temperatura da

transformação das fases sólidas martensite-

austenite

Têm um comportamento super elástico em que após carga e descarga

não há qualquer deformação residual. O material pode acumular

elevadas tensões internas sem haver deformação devido à elevada

rigidez da fase martensitica.


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Se

tem

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Reparação <> Materiais Metálicos MATERIAL REPARAÇÃO

aço betão alvenaria madeira FRP

TIPO

ESTRUTURA

aço X X

betão X X X

alvenaria X X X X X

madeira X X X

METAIS NA REABILITAÇÃO


Há dados

sobre

desempenho a

longo prazo

Não há dados

sobre

desempenho a

logo prazo

SÃO COMPATIVEIS COM O REFORÇO DE

TODOS OS MATERIAIS ESTRUTURAIS

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Se

tem

bro

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15

Aplicações do aço na reabilitação

das construções

Meios auxiliares temporários de acesso e segurança

Readequação de espaços em edifícios antigos

Contenção paredes de alvenaria do património antigo

Reforço estrutural e sísmico

Reabilitação arqueologia industrial


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Se

tem

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Estruturas metálicas auxiliares e temporárias

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Se

tem

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Materiais metálicos /reparação e reabilitação Readequação edifícios antigos

Reabilitação arqueologia industrial


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-10

Se

tem

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Contraventamento metálico reforço edificios de betão

Reforço vigas e

pilares com

chapas

metálicas

Reforço estruturas de betão

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Se

tem

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Reforço pilares alvenaria

Reforço estruturas de madeira

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Se

tem

bro

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15


VANTAGENS DO AÇO NA REABILITAÇÃO DO

PATRIMÓNIO

características mecânicas adaptáveis às diferentes exigências;

pré fabricação de elementos com diferentes geometrias e dimensões

satisfazendo requisitos geométricos arrojados e características

mecânicas especiais;

Versatilidade arquitetural;

reduzida dimensão e peso;

facilidade de transporte;

rapidez de execução em obra;

facilidade de montagem em espaços confinados e reduzidos;

reversibilidade das ligações na reabilitação;

opção aplicação em fábrica do sistema de proteção contra corrosão;

disponibilidade comercial de grande variabilidade de produtos e

formas


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Se

tem

bro

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15


DEGRADAÇÃO ESTRUTURAS AÇO

QUÍMICOS FISICO-QUÍMICOS/

MECÂNICOS

BIOLOGICOS/

ORGANICOS

• CORROSÃO

• Perda de

caraterísticas dos

sistemas proteção

• FADIGA

• Impacto

• Retenção de água

• Fogo

• Sobrecarga

• Atividade

biológica e

microbiológica

• vegetação

• Acumulação

detritos e lixos

• Contaminação

prod. orgânicos

3. Durabilidade materiais metálicos

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Se

tem

bro

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15



(EN ISO 8044)

“é a interação físico - química entre um metal e o seu meio ambiente, que origina

alterações das propriedades do metal que podem conduzir a uma deterioração

significativa da função do metal, do meio ou do sistema por eles constituído”

fenómeno expontânio natural

1-CORROSÃO

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Se

tem

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Pilha eletroquímica

CORROSÃO : Processo eletroquímico

metal

Fatores essenciais: H2O e O2



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Se

tem

bro

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Perda material

Perda propriedades mecânicas

Degradação materiais

adjacentes alterações estéticas

Perda funcionalidade ou

colapso estruturas

CONSEQUÊNCIAS CORROSÃO

TIPOS CORROSÃO

AÇO 3. Durabilidade materiais metálicos


25

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-10

Se

tem

bro

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15

Also, if any two dissimilar metals are in contact with each other, the more reactive metal will corrode in preference to the less reactive metal.

Ligas não ferrosas e aço ligados

Ligas ferrosas


Resistência corrosão metais

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Se

tem

bro

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15

Metal Água

doce

Água

salgada Solo Atmosfera

Resistência

à corrosão

Aços e ferros

fundidos

P/

PA P/PA

P/

PA L/PA Baixa

Aço inoxidável P L P P/ L Elevada

Zinco P P P/

PA P/PA Média

Cobre P L P P Elevada

Alumínio - - - P/PA Média

P – Possibilidade de passivação

L – Requere o uso de ligas especiais

PA – Requere proteção adicional

Resistência à corrosão /exposição

Propriedades do material


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, 8

-10

Se

tem

bro

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15


> MEDIDAS PREVENTIVAS <

m

CORROSÃO É UM PROCESSO CONTROLÁVEL

Tipo exposição

Classe corrosividade

Tipo material mais

adequado

Exigências proteção

Pormenorização do

projeto

Necessidades

manutenção e

limpeza em serviço


Selecionando o material e eventual sistema de proteção para as condições de corrosividade ambiental

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Se

tem

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15

Conceção e projeto Seleção da liga adequada às condições de exposição e dos eventuais sistemas de proteção Pormenorização do projeto de modo a reduzir situações de aumento do risco de corrosão

Execução Controle de qualidade e supervisão para verificação do cumprimento dos requisitos de projeto

Utilização e manutenção Manutenção com lavagem periódica das superficies metálicas protegidas com patines ou filmes de passivação e manutenção dos sistemas proteção

4.Prevenção da corrosão materiais metálicos


Prevenção da corrosão

29

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, 8

-10

Se

tem

bro

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15 Metodologia para a implementação no projeto

das medidas preventivas que reduzam risco de corrosão

Avaliação do

ambiente exposição

Qualificação da Corrosividade

Escolha da Liga e requisitos

Sistema Proteção

Pormenorização do projeto

1 3 2



30

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, 8

-10

Se

tem

bro

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15 Avaliação do

ambiente exposição


Escolha da Liga e requisitos

Sistema Proteção


1 3 2

exposição atmosférica

água

solo

Contacto com outros materiais



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Se

tem

bro

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15

Corrosividade atmosférica

macro

micro

Condições de exposição, climáticas e poluição do ar

classificação da corrosividade atmosférica

• orientação predominante dos ventos

• zonas mais ou menos expostas e zonas propícias a condensação e

deposição de poluentes

• proximidade de fontes poluentes

• ações mecânicas diferenciadas

Condições locais com diferente corrosividade originando

diferentes velocidades de corrosão

EXPOSIÇÃO ATMOSFÉRICA



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-10

Se

tem

bro

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15

Classes de corrosividade atmosférica

Velocidade de corrosão do aço não ligado

mm.ano-1 Ambiente típico

C1 – muito baixa < 1,3 Seco, frio,pouco poluído

C2 – baixa > 1,3 a 25 Rural, cidade pequena

C3 – média > 25 a 50 Urbano, costeiro(Cl baixo)

C4 – alta > 50 a 80 Urbano (muito poluído), costeiro (sem cloretos), industrial

C5 I– Industrial muito alta

C5 M– maritima muito alta > 80 a 200

Costeiro, industrial (muito poluído)

C5- cX– Extremamente alta > 200 a 700 Extremo, industrial, costeiro e offshore (clima tropical)

Classes de corrosividade atmosférica

EXPOSIÇÃO ATMOSFÉRICA

EN ISO 12944-2, ISO 9223



33

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, 8

-10

Se

tem

bro

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EXPOSIÇÃO: AGUA E SOLO

Categoria Ambiente Exemplo de ambientes em estruturas

Im 1 Água doce Instalações de rio, centrais hidroelétricas

Im 2 Água do mar ou salobra

Áreas portuárias com estruturas tais como portas de comportas, diques, quebra-mares, estruturas de plataforma

Im 3 Solo Tanques enterrados, condutas de aço e vigas de aço

EN ISO 12944-2

três categorias de corrosividade



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, 8

-10

Se

tem

bro

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Avaliação do ambiente exposição


Escolha da Liga e do Sistema

Proteção


1 3 2

4.2 Seleção da liga metálica e sistema proteção


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, 8

-10

Se

tem

bro

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AÇO não ligado

+

Sistema

de proteção


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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

Tempo exposição

Aços / aços patináveis ( weathering steel)

• Corrosão uniforme

• Produtos de corrosão estáveis

Aços fraca/ ligados: patináveis Propriedades do material



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CO

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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

Aços patináveis



//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/RichardSerra_Fulcrum2.jpg

http://www.steelconstruction.info/File:Corrosion_allowances.png

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CO

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Se

tem

bro

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15

Aço inoxidável


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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

• Proteção catódica

Por corrente impressa

Por ânodos de sacrifício

Sistemas híbridos

• Revestimentos

Orgânicos (esquemas de pintura)

Inorgânicos ( metálicos, anódicos)

Mistos (metálico + orgânico)

• Patinas e peliculas passivação naturais

( ligas Cu, aço inox,…)

Sistemas de proteção



40

CO

NP

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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

Proteção catódica: Estruturas imersas em água e enterradas

Corrente impressa(CI) Ânodos de sacrifício (AS)

Principais vantagens

Grandes áreas de proteção;

Exige um número reduzido de ânodos.

Ânodos robustos e fácil instalação;

sistemas não causam interferência catódica nas estruturas adjacentes;

Reduzida manutenção.

Principais desvantagens

Risco de interferência nas estruturas adjacentes;

Requisitos exigentes de manutenção.

Produção limitada de corrente e potência;

Necessidade de substituir os ânodos, quando o sistema tem exigências elevadas de corrente

AS

CI



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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

Proteção catódica

Normas aplicáveis

EN 12954:2001, Cathodic protection of buried or immersed metallic structures. General

principles and application for pipelines

EN 14505:2005, Cathodic protection of complex structures.

EN 12473:2000, General principles of cathodic protection in sea water

EN 13174:2001, Cathodic protection for harbour installations

EN 13509:2003, Cathodic protection measurement techniques

EN 50162:2004, Protection against corrosion by stray current from direct current systems.



42

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, 8

-10

Se

tem

bro

20

15 Revestimentos:

Metálicos (efeito barreira e proteção catódica)

Orgânico (pintura) ( efeito barreira + efeito inibidor)

Duplex (metálico + pintura) ( sinergia dos dois efeitos)

Acessibilidade

da estrutura, facilidade manutenção,

tempo de vida exigências da ações

ambientais e outras adicionais …..



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CO

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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

Revestimento metálico-fatores a ponderar

Ambiente de exposição, macro e micro, incluindo futuras alterações identificadas e qualquer exposição excecional

Tempo de vida exigido até à 1ª manutenção

Requisitos de pós-tratamento

Proteção temporária e pintura

Disponibilidade e custo

Dificuldade de manutenção



44

CO

NP

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15

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, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Revestimentos metálicos

EN ISO 14713 (3 parts), Zinc coatings – Guidelines and recommendations for the

protection against corrosion of iron and steel structures

EN 14616:2004, Thermal spraying – Recommendations for thermal spraying

EN ISO 2063:2005, Thermal spraying – Metallic and other inorganic coatings – Zinc,

aluminium and their alloys

EN ISO 14922(4 parts), Thermal spraying – Quality requirements of thermally sprayed

structures

EN 1403:1998, Corrosion protection of metals – Electrodeposited coatings – Methods of

specifying general requirements

EN ISO 4042:1999, Fasteners – Electroplated coatings


45

CO

NP

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15

– L

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, 8

-10

Se

tem

bro

20

15 Revestimento por pintura

Deve ser especificado

Constituição: camada de primário, intermediária(s) e de acabamento

Métodos de aplicação: aplicação manual – trincha e rolo; aplicação à pistola; e outros métodos de aplicação – por imersão, por cortina e por eletroforese

Preparação da superfície da base metálica: Vários métodos, condicionam a eficácia da proteção do revestimento por pintura


46

CO

NP

AT

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15

– L

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, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Revestimentos por pintura NP EN 12944, Tintas e vernizes. Proteção anticorrosiva de estruturas de aço por

esquemas de pintura

Parte 1: 1999 – Introdução geral Parte 2: 1999 – Classificação de ambientes Parte 3: 1999 – Conceção e disposições construtivas Parte 4: 1999 – Tipos de superfície e de preparação de superfície Parte 5:2011 – Esquemas de pintura Parte 6:1999 – Ensaios de desempenho em laboratório Parte 7:2000 – Execução e supervisão dos trabalhos de pintura Parte 8:2001 – Desenvolvimento de especificações para obras novas e

manutenção



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CO

NP

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15

– L

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, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Seleção Esquema de Pintura

Especificação esquemas de

pintura

Corrosividade ambiental- classe

Durabilidade pretendida

Seleção esquema de pintura

Caraterísticas de

desempenho Ensaios de laboratório

NP EN12944-6

Acessibilidade da estrutura,

facilidade manutenção, ações

adicionais

Baixa (2 a 5 anos), Média(5 a 15 anos) ou Elevada (+ de 15 anos)

C1, C2, Im1, …),

NP EN 12944


48

CO

NP

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– L

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, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Preparação da superfície

NP EN ISO 12944-4:1999, Tintas e vernizes. Proteção anticorrosiva de

estruturas de aço por esquemas de pintura. Parte 4: Tipos de superfície e de preparação de superfície

NP EN 8504, Preparação de substratos de aço antes da aplicação de tintas e produtos similares. Métodos de preparação de superfícies

Parte 1:2003 – Princípios gerais

Parte 2:2003 – Decapagem por projeção de abrasivos

Parte 3:2003 – Limpeza com ferramentas manuais e mecânicas



49

CO

NP

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15

– L

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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

Caderno encargos relativo sistema de proteção com revestimentos (EN ISO 12044-8)

• Dados gerais sobre a natureza da obra ( ligações, tipo de estrutura, áreas,…)

• Tipo substrato ( aço, zinco,..)

• Classe exposição

• Durabilidade pretendida para a proteção anticorrosiva

• Gama de espessuras mínima( EN12944-5)

• Ações especiais adicionais

• Aspeto final da pintura (textura e brilho ..)

• Tipo de preparação de superfície (Sa21/2,..)

• Zonas com tratamento especial

• Esquema de pintura

• Método de aplicação

• Defeitos admissíveis no final período da garantia

• Reparação trabalho deficiente

• Meios de inspeção

• Áreas de controlo e padrões mínimos acordados

deve integrar o projeto

da construção ou

reabilitação estrutural



50

CO

NP

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– L

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, 8

-10

Se

tem

bro

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15

Avaliação do ambiente exposição


Escolha da Liga e do Sistema

Proteção


1 3 2

4.3. Pormenorização do projeto


Acessibilidade às superfícies

Geometria dos elementos

Compatibilidade (efeitos galvanicos)

Soldadura

Tipo de superfície

51

CO

NP

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– L

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, 8

-10

Se

tem

bro

20

15


Acessibilidade

a zonas confinadas para

manutenção das superfícies


52

CO

NP

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20

15

– L

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oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Acessibilidade

Instalação dos equipamento não deve criar zonas nacessiveis

nas superfícies, que dificultem a sua manutenção ou zonas onde

o risco de corrosão aumenta



53

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

“menos em geral é mais!”

UTILIZAR FORMAS SIMPLES!


Geometria

54

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15


Geometria Que facilite a drenagem , ventilação e secagem das superfícies do

componente metálico ou que evitem a formação de condensados na

superfície metálica


55

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Geometria

Evitar zonas de retenção

de resíduos e de água



56

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Geometria

Na ligação de elementos evitar existência de frestas de retenção de

humidade



57

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Ligas metálicas utilizadas;

Diferença de posicionamento na série

galvânica

Distanciamento físico entre as diferentes ligas ;

Grau de exposição ao ambiente corrosivo;

Dimensões relativas de ânodos e cátodos;

Condutividade do eletrólito;

Gradientes de temperatura;

Direção e velocidade do fluido;

Composição química do eletrólito.

Os efeitos galvânicos dependem de um

grande número de variáveis:


Compatibilidade

Não se devem misturar metais diferentes


58

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

Compatibilidade

Efeitos galvânicos nas ligações

aparafusadas Parafusos devem ser feitos de material mais

catódico que os outros, nos ambiente mais

agressivos utilizar selantes dielétricos ,

estáveis face ao ambiente e que satisfaçam

os requisitos funcionais da ligação



Parafusos devem ser sempre

metal mais nobre

59

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

cordão de soldadura continuo e sem imperfeições

soldadura ser acessível

Soldadura


60

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

CONCEÇÃO INADEQUADA

Soldadura pontos

e

Liga aço inox inadequada

AISI 304 , nas condições de

elevada agressividade local



61

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15


Componentes monoliticos

Cantos arredondados

Menor nº ligações aparafusadas

Ligações soldadas permitem obter superficíes mais

homogéneas na pintura

Elementos de reforço devem sempre ficar na face

menos exposta

Superficies


62

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15


CONSIDERAÇÕES FINAIS

Durabilidade

Exigência aplicação de metodologias de prevenção da

corrosão desde o projeto

Universalidade dos metais nas aplicações estruturais e

arquiteturais

Versatilidade materiais metálicos , geometrias e

resistência mecânica

Economia na mão-obra diminuição de desperdícios

Reciclagem e reutilização

Relevância da construção metálica na sustentabilidade

da construção

Muito agradecida pela atenção!

63

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

DataBase

dbdurati.lnec.pt

www.duratinet.o

rg


64

CO

NP

AT

20

15

– L

isb

oa

, 8

-10

Se

tem

bro

20

15

GUIA TÉCNICO DURATINET

www.duratinet.org


articularidade dos materiais metÁlicos na reabilitaÇÃo das ...cp2015/palestras/palestra manuela...

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