LUIS FELIPE PAVONI

ESTRUTURAS METÁLICAS: MATERIAIS E EXECUÇÃO

Londrina

2017

LUIS FELIPE PAVONI

ESTRUTURAS METÁLICAS: MATERIAIS E EXECUÇÃO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Londrina, como requisito parcial para a obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.

Orientador:

Londrina

2017

LUIS FELIPE PAVONI

ESTRUTURAS METÁLICAS: MATERIAIS E EXECUÇÃO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Londrina, como requisito parcial para a obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.

BANCA EXAMINADORA

Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)

Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)

Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)

Londrina, 04 de Dezembro de 2017.

PAVONI, Luis Felipe. Estruturas Metálicas: materiais e execução. 2017. 42 pp. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Faculdade Pitágoras, Londrina, 2017.

RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo apresentar elementos fundamentais para a

implementação de estruturas metálicas, como os materiais usados em estruturas

metálicas, o processo de fabricação e montagem, formas de evitar os vários tipos de

corrosão em estruturas e semelhante, visando disseminar informações referentes a

temática para todos os interessados, por considerar que algumas lacunas ainda

permeiam o cenário nacional no que concerne à estruturas metálicas relacionando-as

apenas a construções de grandes empresas. Para o fazer, o documento foi baseado em

pesquisa bibliográfica, onde se verificou que a implementação das estruturas metálicas

têm aumentado consideravelmente nos últimos anos no Brasil e que suas desvantagens

foram reduzidas com base em um esforço coletivo dos envolvidos.

Palavras-chave: Metais; Estruturas Metálicas; Construção Civil.

PAVONI, Luis Felipe. Metallic structures: materials and execution. 2017. 42 pp. Course Completion Work (Graduation in Civil Engineering) - Pitágoras College, Londrina, 2017.

ABSTRACT

The present work aims to present fundamental elements for the implementation of metallic structures, such as the materials used in metallic structures, the manufacturing and assembly process, ways of avoiding the various types of corrosion in structures and the like, aiming to disseminate information on the subject for all interested parties, considering that some gaps still permeate the national scenario with regard to metallic structures relating only to the construction of large companies. To do this, the document was based on bibliographical research, where it was verified that the implementation of the metallic structures have increased considerably in the last years in Brazil and that their disadvantages were reduced based on a collective effort of those involved.

Key-words: Metals; Metallic structures; Construction.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – A ponte de Coalbrookdale............................................................................11

Figura 2 – Dobradeira....................................................................................................15

Figura 3 – Perfis dobrados............................................................................................16

Figura 4 – Sistema de laminação..................................................................................17

Figura 5 – Esquema de soldagem.................................................................................19 Figura 6 – Perfis séries Vs, CVS e CS..........................................................................19 Figura 7 – Equipamento de eletro-soldagem.................................................................20 Figura 8 – Perfis séries VE, CVE e CE..........................................................................21 Figura 9 – Treliça espacial.............................................................................................22 Figura 10 – Perfil com costura.......................................................................................22 Figura 11 – Sistema de calandragem............................................................................23 Figura 12 – Sistema de laminação de perfis tubulares..................................................24 Figura 13 – Tabela de coeficientes................................................................................25 Figura 14 – Detalhes de projeto estrutural ....................................................................26 Figura 15 – Diagrama unifilar.........................................................................................26 Figura 16 – Detalhe do projeto de fabricação................................................................27 Figura 17 – Corte de chapa…………………………………………………………………..28 Figura 18 – Soldador com os equipamentos de segurança...........................................29 Figura 19 – Tipos de solda.............................................................................................30 Figura 20 – Posições de soldagem................................................................................31 Figura 21 – Guindaste içando a estrutura metálica........................................................32 Figura 22 – Equipamentos de proteção para trabalho em altura...................................33 Figura 23 – Exemplo de corrosão uniforme...................................................................34 Figura 24 – Corrosão galvânica em ferro e latão...........................................................35 Figura 25 – Corrosão em frestas....................................................................................36 Figura 26 – Corrosão por pite.........................................................................................37 Figura 27 – Corrosão microbiológica..............................................................................38 Figura 28 – Corrosão sob tensão fraturante...................................................................38

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Evolução do uso de materiais pelo homem..................................................09

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO..................................................................................... 08

1. O USO DOS METAIS.......................................................................... 09

2. MATERIAIS EMPREGADOS EM ESTRUTURAS METÁLICAS....... 15

2.1 PERFIS CONFORMADOS A FRIO..................................................... 15

2.2 PERFIS LAMINADOS.......................................................................... 17

2.3 PERFIS SOLDADOS........................................................................... 18

2.4 PERFIS TUBULARES......................................................................... 22

2.4.1 Perfis tubulares sem costura............................................................... 23

3. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM DE ESTRUTURAS METÁLICAS..............................................................

25

4. CORROSÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS: COMO EVITAR...... 34

4.1 CORROSÃO UNIFORME E LOCALIZADA......................................... 34

CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................ 40

REFERÊNCIAS................................................................................... 41

INTRODUÇÃO

Atualmente presencia-se um constante crescimento no uso de coberturas e

estruturas metálicas na construção civil, devido aos novos materiais, perfis e métodos de

fabricação das estruturas. Se no passado, em função do custo e da estética as coberturas

costumavam ficar relegadas à segundo plano, percebe-se que as mesmas vêm

ganhando maior evidência, abandonando as formas retas, rígidas e pesadas.

Justifica-se a pertinência da pesquisa, uma vez que é sabido que o ramo das

construções metálicas vem crescendo no Brasil, o que implica na necessidade de trazer

para a sociedade e especificamente aos profissionais da engenharia conceitos e

possibilidades relacionadas ao uso das coberturas de estruturas metálicas. Uma vez que

coberturas metálicas apresentam diferentes tipos, tamanhos, formatos e materiais, o que

influencia em seu uso para determinados fins específicos.

Neste sentido apresenta-se como problema de pesquisa as estruturas metálicas,

quais os melhores materiais para diferentes estruturas e a forma de instalação. Sendo o

objetivo geral deste trabalho é produzir conhecimento científico acerca das coberturas

metálicas, partindo dos seguintes objetivos específicos:

● Apresentar o uso dos metais ao longo da história;

● Conhecer os diferentes tipos metais;

● Investigar as características das estruturas metálicas;

Para a realização da pesquisa optou-se pela metodologia da pesquisa

bibliográfica onde num primeiro momento foram selecionados os referenciais, que são de

acordo com Castilho e Pescuma (2008) não são apenas uma relação de obras que

versam sobre um tema específico, mas sim um estudo que busca deixar evidente

diversos aspectos do tema estudado. Assim, após a seleção dos referenciais analisou-

se o material e foi trazido o que considerou-se pertinente ao estudo em questão, dessa

forma está exposto na sequência os resultados do estudo.

1. O USO DOS METAIS

Os metais são os elementos químicos encontrados nos minérios, capazes de

conduzir a eletricidade e o calor, que apresentam um brilho característico e que são

sólidos à temperatura normal. Os mesmos possuem características marcantes, são elas:

a tenacidade, o que significa que podem receber forças bruscas sem quebrar; a

ductilidade, pois é possível moldá-los; a plasticidade, que consiste na capacidade de não

retornar a forma inicial após a retirada do peso que a deformou; a maleabilidade, pois se

convertem em lâminas ao serem comprimidos e dispõem de uma boa resistência

mecânica, além das demais características como a dureza, a deformação elástica e afins,

relacionadas às propriedades mecânicas dos metais (MARTINS, 2008).

Já é parte do senso-comum que a utilização dos metais permitiu ao homem

inúmeros avanços sociais e econômicos. Partindo de uma perspectiva histórica, os

metais passaram a ser utilizados na última fase do período Neolítico, quando começamos

a dominar técnicas de fundição que permitiram criar instrumentos agrícolas e armas, este

avanço foi tão significativo que a este período foi dado o nome de Idade dos Metais. De

acordo com Sousa (20--) o primeiro metal utilizado foi o cobre e posteriormente o bronze,

por volta de 1.500 a.C o ferro é descoberto e passa a ser manipulado com dificuldade, a

tabela 1 a seguir demonstra a evolução histórica do uso dos materiais pelo homem.

Tabela 1 - Evolução do uso de materiais pelo homem.

Evolução histórica Ano Material

Idade da Pedra 25.000 AC até 6.500 AC Madeira; Pedra lascada; Pedra polida.

Idade dos Metais 6.500 AC até 1.500 AC Cobre; Estanho; Bronze; Ferro; Cerâmica.

Antiguidade 4.000 AC até 500 AC Vidro

Idade Média ou Medieval 500 até 1.500 Ligas metálicas

Idade Moderna 1.500 até 1.800 Concreto

Idade Contemporânea 1.800 até os dias atuais Polímeros

Fonte: Martins (2008, p.03).

De acordo com Martins (2008) foi por meio da utilização dos metais e da

consequente fabricação de materiais metálicos muitas civilizações se expandiram e

dominaram outras, na mesma medida em que civilizações desapareceram. O uso dos

metais sempre foi sinônimo de tecnologia e de poder, deste modo é fato consumado que

os elementos de aço estão presentes no cotidiano de todas as pessoas, desde um

simples objeto a grandes construções.

Há anos a maioria das pessoas conheciam apenas coberturas de madeira, isso

porque o acesso a novas tecnologias e formas de construção era escasso, com o

aparecimento dos perfis de aço mais simples e economicamente viáveis apareceram

novos interessados em conhecer as coberturas metálicas, por este motivo é necessário

lembrar que compreende-se como aço a liga Fe-C (Ferro - Carbono) que apresenta

entre 0,2 % a 1,8 % de Carbono e que endurece por meio da têmpera.

Segundo Colin (2013) o uso de aço nas construções passou a acontecer no final

do século XVIII, sendo iniciado com a construção da primeira obra de grande porte: a

ponte sobre o Severn em Coalbrookdale, na Inglaterra, (Figura 1). Esta obra foi projetada

por Abraham Darby e apresenta vãos de 30 metros. A partir desse momento engenheiros

e arquitetos passaram a perceber o aço como uma possibilidade viável para uso em

diversas obras e instalações, aliando beleza e eficiência estrutural, de modo que

“Coalbrookdale tornou-se, no século XVIII, o mais avançado centro metalúrgico da

Europa, responsável por uma série de inovações decisivas para o avanço da indústria”

(BRITO, 2013, p. 01).

Figura 1 - A ponte de Coalbrookdale

Fonte: Brito, 2013.

Já no Brasil,

na década de 40, logo após a Segunda Guerra Mundial, o país experimenta um período de prosperidade econômica favorecendo uma industrialização acelerada. Proliferam os grandes galpões metálicos dos parques industriais, muitas vezes com os projetos importados juntamente com as estruturas (CASTRO, 2005, p. 75).

Corroborando esta afirmação, Pinheiro (2005) aponta que ainda que as estruturas

metálicas passaram a ser fabricadas no ano de 1812, sendo que grandes avanços na

fabricação de perfis em larga escala ocorreu com a implantação das grandes siderúrgicas

no Brasil essa tecnologia chegou mais tardiamente, pois mesmo com todas as qualidades

do aço, ele ganhou espaço verdadeiro no nosso país apenas após a 2ª Guerra Mundial

com o surgimento de grandes obras como viadutos e edifícios, relacionados a exportação

de café e de alguns outros produtos tropicais. Por este motivo, até então

essas estruturas [...] não correspondiam a influências formais, eram incorporadas às paredes e sucumbidas às tipologias a que se pretendiam imitar. A siderurgia local só tem início em 1946 quando a usina de Volta Redonda, da Companhia Siderúrgica Nacional, inaugura suas atividades, mas a princípio volta-se para bens de consumo (CASTRO, 2005, p. 75).

Existem diversas finalidades para o uso do aço, entretanto a mais comum é o uso

para coberturas metálicas, haja vista que elas são utilizadas em grandes construções e

também em pequenas casas, isso porque coberturas metálicas são elementos estruturais

que visam produzir grandes vãos com sua leveza e versatilidade baseado

obrigatoriamente em um no projeto estrutural bem elaborado (FONTENELE, 2006).

Segundo Dias (1997) o projeto completo de estrutura de uma obra de aço envolve

três atividades distintas: projeto de engenharia, projeto de fabricação e projeto de

montagem. Com essas etapas concluídas e com o projeto estrutural, o de fabricação e

de montagem em mãos se inicia a execução da obra.

Com a constante mudança que existe no mercado, várias vezes o projeto inicial

fica ultrapassado e nesse contexto as estruturas metálicas são ótimas, pois segundo

Pinheiro (2005), existe a possibilidade de reaproveitamento dos materiais em estoque,

ou mesmo, sobras de obra, fazendo assim com que as obras fiquem mais rápidas e

baratas.

De acordo com Gerken (2003) com o passar dos anos as construções metálicas

estão ganhando espaço isso porque surgem novas formas de construção como a

utilização de tubos, as secções tubulares possuem forma simples e suas propriedades

geométricas tornam possível a elaboração das mais variadas obras. Aliado a isso o peso

das estruturas diminuem consideravelmente quando são utilizados tubos ao invés de

perfis maciços, fazendo com que a fundação fique menos sobrecarregada.

Com o crescimento do uso das estruturas metálicas surgiu também a necessidade

de se criar normas específicas para projetos em estruturas metálicas, tendo sido

normalizadas as características mecânicas e químicas dos materiais, a metodologia para

o cálculo estrutural e o detalhamento em nível de projeto executivo (PINHEIRO, 2005).

Uma das principais buscas em todas as obras de engenharia civil é fazer com que o

desperdício seja zero, como as estruturas metálicas são feitas sob medida e fabricadas

em empresas com controle dos materiais, o desperdício em obra é praticamente nulo, o

que faz com que a obra além de limpa e organizada também se torne mais econômica.

Um ponto fundamental a ser estudado em se tratando de aço é sua condição a

propicia corrosão, definida como o conjunto de alterações físico-químicas que uma

substância sofre pela ação de determinados agentes da natureza. Existem vários tipos

de corrosão como, por exemplo, química, seca e eletroquímica ou úmida, saber definir o

tipo de exato do problema ajuda na solução a ser escolhida a fim de minimizar ou acabar

com a corrosão (DIAS, 1997).

Como todo tipo de material o aço precisa de cuidados específicos, pois graças à

suas características ele pode sofrer muitos danos em meios agressivos, perdendo suas

principais qualidades. Segundo Dias (1997), condições altamente agressivas são

condições de ambiente em que as estruturas metálicas ficam expostas em locais

submersos ou enterrados, em meios de altíssima concentração de umidade, de

características fortemente ácidas ou alcalinas. Porém a fim de minimizar esses riscos são

usados tratamentos que dificultam a ação de agentes químicos que levam à corrosão, o

principal deles é a galvanização (processo de proteção do aço contra a corrosão por

recobrimento com uma camada de zinco metálico em banho de zinco fundido).

Considerando os cuidados necessários, as vantagens e as desvantagens das

diferentes estruturas metálicas em diferentes tipos de obras e estas mesmo sendo

usadas para diversos fins como telhados, torres, hangares entre tantas outras opções as

estruturas metálicas estão em constante inovação, trazendo ao mercado novos tipos de

perfis, possibilitando a criatividade e a praticidade em obras. Atualmente as coberturas

metálicas abrangem grandes áreas podendo servir para a criação de energia usando

coberturas com painéis fotovoltaicos integrados à rede pública de energia. Também são

ótimas sugestões para estádios e edifícios com baixo consumo energético que podem se

beneficiar da venda da energia excedente gerada na cobertura (FONTENELE, 2006).

2. MATERIAIS EMPREGADOS EM ESTRUTURAS METÁLICAS

O tipo de material que será usado para confecção de estruturas metálicas deve

ser exatamente o estipulado em projeto, não podendo de maneira alguma ser substituído

sem prévio aviso ao calculista estrutural, devendo ser respeitada as normas técnicas da

ABNT referentes a área visando a segurança a obra. Neste mesmo sentido, o aço dos

perfis, cantoneiras e demais materiais tem suas propriedades especificados pelo

fabricante, mudando de acordo com o tipo de aço, o que possibilita uma infinidade de

variações ao projetista, fazendo com que o projeto fique mais econômico e seguro

(PINHEIRO, 2005).

2.1 PERFIS CONFORMADOS A FRIO

Os perfis conformados a frio são usados para os mais determinados fins, eles são

obtidos através da dobra de chapas finas variando a sua espessura entre 0,378mm e

6,35mm, podendo assim ter forma e espessura variada dependendo de onde e como

serão empregados, as máquinas que fazem esse processo são denominadas

dobradeiras, indicada na figura.

Figura 2 - Dobradeira

Fonte: Logismarket, 2017.

Os perfis obtidos através desse processo são usados geralmente em pequenas e

médias coberturas metálicas, segundo (CHAMBERLAIN, 2005) a grande vantagem

destes tipos de perfis consiste na possibilidade de se ajustar às necessidades da peça e

do conjunto da estrutura, obtendo-a com o mínimo de peso possível. Os perfis mais

utilizados são as vigas U simples ou enrijecidas, cantoneiras e perfis cartola.

Figura 3 – Perfis dobrados

Fonte: Manual Engenharia Steel Frame, CBCA (2000).

É importante salientar que as propriedades mecânicas do aço podem variar

dependendo da dobra, a mesma chapa pode produzir perfis de diferentes características

mecânicas, como é o caso dos perfis U simples e perfis U enrijecidos, mesmo sendo os

dois provenientes da mesma chapa de aço, apresentam características apostas, por isso

os perfis U simples são usados geralmente na fabricação de tesouras de coberturas e os

perfis u enrijecidos nas terças.

2.2 PERFIS LAMINADOS

Os perfis laminados são largamente utilizados na construção por ser uma peça

única tem suas propriedades mecânicas com elevado grau de confiabilidade, esses perfis

normalmente seguem as normas americanas ASTM (American Society for Testing and

Materials) e geralmente são usadas em obras que exigem uma grande capacidade de

absorção de esforços. Assim, a obtenção dos perfis laminados segue o mesmo processo

da produção do aço, segundo Dias (1997) perfis laminados de abas retas são produzidos

por meio de deformação mecânica a quente, com seções transversais nos formatos I e

H, obtidos pelo sistema universal de laminação, esse é conhecido como X-H.

O processo do laminador X-H segue uma sequência de etapas que vão desde a

saída do forno de reaquecimento, passando pelo conjunto universal de laminação,

resfriamento, pesagem, estocagem e expedição, por isso, Dias (1997) aponta que os

perfis são produzidos em um ciclo não superior a três horas, desde a saída dos blocos

do forno de reaquecimento até sua chegada ao setor de acabamento.

Figura 4 – Sistema de laminação

Fonte: Dias, 1997.

Os perfis laminados têm abas retas e retilíneas o que facilita nas conexões e

encaixes, como são peças únicas, ou seja, não possuem emendas ou soldas,

apresentam baixo nível de tensões localizadas, além disso, durante o processo de

fabricação podem obter uma resistência a corrosão atmosférica.

2.3 PERFIS SOLDADOS

Os perfis soldados permitem ao construtor diversas soluções para sua obra, isso

acontece porque esses perfis possuem uma infinidade de tamanhos e comprimentos que

fazem com que todas as necessidades estruturas sejam atendidas e esses perfis são

padronizados pela ABNT (NBR5884/2005), o que garante a qualidade do produto que

será obtido através de um processo de soldagem de chapas planas de aço, as chapas

são cortadas com tamanho especifico, dependendo de qual tipo de perfil se deseja obter,

após o processo de corte as chapas elas são soldadas formando os perfis. De acordo

com Dias (1997) a fabricação de perfis estruturais de aço soldados por arco elétrico

obedece a NBR 5884 e depende do tipo de equipamento de cada fabricante, podendo ir

do artesanal ou convencional ao processo industrializado.

Figura 5 – Esquema de Soldagem

Fonte: Dias, 1997.

Os perfis soldados podem ser feitos com vários tipos de aço como o ASTM A 36

e o ASTM A 572, tanto de alta resistência como de baixa resistência, assim, separado

em séries de acordo com a sua utilização. Segundo Dias (1997) serie VS compreende os

perfis soldados para vigas em que 1,5 < d/bf ≤ 4, serie CVS compreende os perfis

soldados para vigas e pilares 1 < d/bf ≤ 1,5, serie CS Compreende os perfis soldados

para pilares d/bf = 1.

Figura 6 - Perfis séries Vs, CVS e CS

Fonte: Dias, 1997.

Uma variação dos perfis soldados são os perfis eletro-soldados a principal

diferença está de como o perfil é obtido, no caso dos eletro-soldados o processo

conhecido como eletro-fusão une as chapas com um sistema de eletro-soldagem por alta

frequência, a corrente elétrica passa pela superfície metálica fazendo com que as partes

fiquem preparadas para solda, após isso a passagem dessa corrente aquece uma zona

especifica do aço que atinge a temperatura plástica, permitindo assim a fusão das chapas

mediante a pressão dos rolos (PINHEIRO, 2005). Esse processo é todo feito a partir de

equipamentos como o da figura a seguir.

Figura 7 - Equipamento de eletro-soldagem

Fonte: Dias, 1997.

Os perfis eletro soldados também tem séries pre definidas que tem nomenclatura

VE,CE e CVE, todos feitos com aço de boa qualidade como o ASTM A 572 seu

comprimento pode variar de 6,00 a 15,00 m, o que define a serie são as dimensões e

propriedades de cada perfil.

Figura 8 - Perfis séries VE, CVE e CE

Fonte: Dias, 1997.

2.4 PERFIS TUBULARES

Os perfis tubulares possuem um uso vasto na área de estruturas metálicas eles

vêm ganhando espaço principalmente em cobertura que usam treliças espaciais, isso

graças às suas propriedades e por ter uma estética melhor que outros tipos de material,

os perfis tubulares podem ser com ou sem costura, cada um tem um processo de

obtenção.

Figura 9 - Treliça espacial

Fonte: Tetric, 2013.

Perfis tubulares com costura são obtidos pela calandragem ou pela prensagem

das chapas, com soldagem por arco submerso, e pela conformação continua, com

soldagem por eletro-fusão (DIAS, 1997).

Figura 10 - Perfil com costura

Fonte: Dias, 1997.

Através do sistema de calandragem é possível se obter virolas de várias

espessuras, que segundo Dias (1997) o processo se dá pela conformação do tubo em

calandras, equipamento constituído por um conjunto de três a quatro cilindros de aço que

exercem pressão entre si quando a passagem da chapa de aço plano, curvando-a e

transformando-a em um aro metálico denominado virola.

Figura 11 - Sistema de calandragem

Fonte: Dias, 1997.

Após o processo de calandragem inicia-se o processo de soldagem, esse

processo é realizado com o auxílio de máquina apropriada fixada em uma plataforma

móvel.

2.4.1 Perfis tubulares sem costura

Esses perfis são feitos segundo as normas ASTM A501, podendo ser feitos com

aço estrutural de média ou alta resistência mecânica e podendo ter uma resistência a

corrosão atmosférica alta se forrem obtidos usando aço com especificação para

determinado fim, sendo os perfis sem costura produzidos pelo processo de laminação a

quente de tarugos de aço, esse processo também é conhecido por extrusão e o processo

de obtenção pode ser realizado usando bitola com seção circular de 180,194 e 230 mm.

Segundo Dias (1997) o mandril, por um orifício realiza uma passagem forçada que

expulsa a massa de material aquecida contra os laminadores, convertendo o maciço de

aço em uma nova forma alongada dando configuração final ao tubo.

Figura 12 - Sistema de laminação de perfis tubulares

Fonte: Dias, 1997.

3. PROCESSO DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM DE ESTRUTURAS METÁLICAS

As estruturas metálicas em geral têm como principal característica sua rápida

execução o que faz com que muitos optem por esse tipo de material nas suas obras, por

oferecer como vantagem o ganho de vãos, mas existem diversos processos que vão do

projeto a execução dessas estruturas de acordo com Dias (1997) o projeto completo da

estrutura de uma obra de aço envolve três atividades distintas: projeto de engenharia,

projeto de fabricação e projeto de montagem.

O projeto de uma estrutura metálica deve obedecer às normas vigentes como a

NBR 8800 e seus cálculos devem obrigatoriamente estar em conformidade com o tipo de

estrutura a ser montada, o local e também o seu uso final, que pode variar de uma

cobertura ao mezanino, além de que, o projeto deve levar em consideração as cargas

advindas da própria estrutura e também as sobrecargas posteriores, os coeficientes para

cálculos de sobrecargas variam de acordo com o tipo, podendo ser de vento e de uso e

ocupação seja qual for esses coeficientes estão descritos na NBR 8800 e na NBR 6123.

Figura 13 - Tabela de coeficientes

Fonte: Dias, 1997.

O projeto estrutural deve obrigatoriamente mostrar como a estrutura deve ser

fabricada, descrever com clareza os materiais, as dimensões, as quantidades e fornecer

todas as informações complementares para uma fabricação perfeita e sem erros, entre

as principais informações que deveram estar inclusas no projeto estão às bitolas que

serão usadas e o tipo de aço, o tipo de ligação, a elevação dos pisos, os eixos de colunas

e desvios, como será feita a limpeza e pintura.

Figura 14 - Detalhes de projeto estrutural

Fonte: Arquiteto técnico, 2015.

Dias (1997) aponta que se acaso houver divergências com outros projetos como

o arquitetônico o projeto da estrutura prevalece, caso não for possível e houver

necessidades de mudanças estas devem ser comunicadas ao engenheiro estrutural para

que ele possa corrigir e adequar o projeto, após isso são elaborados os desenhos de

acordo com o nível desejado de projeto, com a representação de definição estrutural, por

meio de diagramas unifilares.

Figura 15 - Diagrama unifilar

Fonte: Dias, 1997.

O projeto de fabricação mostra com detalhes todos os elementos da estrutura,

podendo as peças ser mostradas em conjunto ou isoladas, nas treliças, por exemplo, o

projeto deve mostrar o material, os comprimentos, a localização dos furos e

descriminação dos parafusos, segundo Dias (1997) toda representação gráfica

normalmente vem acompanhada de medidas não acumuladas e acumulas, critério

adotado por muitos fabricantes para obter maior precisão de marcação.

Figura 16 - Detalhe projeto de fabricação

Fonte: Dias, 1997.

As fábricas de estruturas metálicas possuem uma grande versatilidade nas

operações, no geral as operações típicas a serem executadas estão associadas a um

determinado setor da fábrica: suprimento de matéria-prima, traçagem, preparação prévia,

pré-montagem, soldagem, acabamento, preparação de superfície, pintura e expedição

(DIAS, 1997). Após o projeto de fabricação pronto e que se começa o trabalho nas

fábricas, a fabricação deve levar em conta tudo que está no projeto não podendo haver

ajustes, a primeira parte do processo de fabricação consiste na preparação, na

preparação é que se define qual o método que será utilizado na confecção das peças,

também se define todos os processos que o peça ira seguir até seu acabamento, após

isso são feitas as listas de materiais sempre racionalizando para melhor aproveitamento,

o corte das chapas por exemplo, é realizado com o objetivo de se ter o mínimo de percas,

após a preparação o projeto é separado e distribuído para os diversos setores, de

maneira que atenda ao planejamento de fabricação e as propriedades preestabelecidas.

Figura 17 - Corte de chapa

Fonte: Acocort, 2017.

Um dos processos importantes é a traçagem, que acontece logo após o corte dos

materiais, esse processo segundo Dias (1997) consiste em transferir as informações

necessárias para a confecção das peças diretamente sobre a superfície das chapas, as

marcações são feitas com riscadores de giz e o centro dos furos são assinalados

mediante puncionamento. Com o processo de traçagem concluído é iniciado a

preparação prévia, que consiste na preparação dos componentes da estrutura nesse

processo são realizados as furações podendo ser feitas manualmente com furadeiras ou

com auxílio de máquinas como por exemplo, uma prensa, desempenamentos, dobras e

ajuste também são realizados nessa etapa, feita a pré- montagem que consiste na união

das peças e deixa-las prontas para a soldagem.

O setor de solda de uma fábrica requer uma série de cuidados, nessa etapa e que

todos os elementos são unidos através da soldagem, então é preciso ter uma atenção

para que nada seja soldado equivocadamente e também para que nenhum funcionário

tenha nenhum tipo de acidente, por isso é importante o uso de equipamentos específicos

para a função de soldador. Os equipamentos que devem ser utilizados pelos soldadores

são: luvas de raspa, óculos de proteção, touca, máscara de solda, botina de segurança,

protetor auricular se a soldagem ocorrer em ambientes com barulho.

Figura 18 - Soldador com os equipamentos de segurança

Fonte: DBC Oxigênio, 2014.

Para uma união soldada,

[...] deve-se observar, homogeneidade do material depositado e perfeição entre o metal depositado e o metal base, para que uma solda seja de qualidade deve-se: empregar soldadores qualificados, utilizar eletrodos de qualidade, trabalhar com materiais perfeitamente soldáveis e controle das soldas executadas através de raio-x e ultra-som (PINHEIRO, 2005, p. 20).

Existem diversos tipos de solda com diferentes finalidades, o entalhe é a solda de

penetração parcial ou total, o filete se constitui como um cordão de solda e o tampão que

possui um furo e rasgos. Definido o tipo, as ligações soldadas são classificadas por dois

quesitos: sua continuidade podendo ser uma solda contínua, intermitente ou ponteada e

quanto a sua posição podendo ser plana, horizontal, vertical e sobre cabeça.

Figura 19 - Tipos de solda

Fonte: ABCEM, 2012.

Figura 20 - Posições de soldagem

Fonte: ABCEM, 2012.

Após o processo da soldagem, as peças são levadas para a fase de acabamento

onde é feito o endireitamento (os ajustes das peças), e também segundo Dias (1997) o

esmerilhamento das bordas das peças cortadas por maçaricos ou por tesouras, que

podem provocar rebarbas nas peças recortadas. O esmerilhamento também melhora o

aspecto das superfícies soldados, além de auxiliar na preparação da superfície, limpeza

e posteriormente a pintura. Assim, a última etapa dentro da fábrica é a expedição, essa

fase envolve o embarque da estrutura para o local de montagem e essa operação deve

ser coordenada com as necessidades da execução de montagem e campo, evitando

estocagens desnecessárias no canteiro.

O projeto de montagem traz uma representação de como a estrutura deve ser

montada, mostrando o sistema estrutural, a indicação do posicionamento das peças e

sequencia de montagem que pode fornecer informações complementares para o

montador, tais como: a peça mais pesada, o raio máximo de trabalho do equipamento de

montagem, a metodologia de montagem, etc. (DIAS, 1997).

Em qualquer processo de montagem de uma estrutura metálica é necessário

haver uma organização, essa organização é feita antes de se iniciar qualquer processo

de montagem, é nessa etapa que se define como será o canteiro, a posição dos

equipamentos, local onde a estrutura ficara antes de ser montada afim facilitar seu

içamento caso for necessário, além de prever fontes de energia elétrica e iluminação,

fontes de abastecimento de água e definir o caminho por onde os operários devem seguir

(CHAMBERLAIN, KRIPKA, 2005).

Para as montagens que são feitas em lugares altos como coberturas é necessário

o auxílio de maquinário específico, este também é definido com antecedência, isso

porque existem diversos tipos de equipamentos que geralmente tem a função de

deslocamento de peças até o local de sua fixação, porém variam dependendo da altura

onde a peça ficará e principalmente do peso de cada elemento, os mais comuns são as

gruas e os guindastes.

Figura 21 - Guindaste içando a estrutura metálica

Fonte: Serralheria, 2017.

Outro aspecto importante em relação à segurança é o uso de EPIS para funções

em locares altos, a NR 35 diz que qualquer trabalho realizado acima de 2 m de altura

deve ser previsto o uso de EPI contra quedas, além do treinamento do trabalhador que

realizara a função, esses equipamentos estão descritos na figura 22.

Figura 22 - Equipamentos de proteção para trabalho em altura

Fonte: SlidShare, 2017.

Após os devidos cuidados com a segurança e que se inicia a montagem de fato,

com o projeto de montagem em mãos, a organização feita com atenção a todos detalhes,

os funcionários usando devidamente os EPI´S e todos os equipamentos de içamento

fixados em locais corretos, o processo de montagem flui, fazendo com que a estrutura

metálica que começou na tela de um computador como projeto saia do papel e se

transforme em marquise, pontes, passarelas, coberturas e diversos de outras estruturas

advindas do aço estrutural.

4. CORROSÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS: COMO EVITAR

Entende-se por corrosão um processo superficial que implica na perda do material

de forma gradativa devido a reações químicas que podem decorrer em corrosão

eletroquímica ou em corrosão química, para aprofundar as definições, causas e modo de

prevenção da corrosão em estruturas metálicas é necessário que se tenha ciência de que

“30% de todo aço (liga metálica feita de aproximadamente 98,5% de ferro, 0,5% a 17%

de carbono e traços de silício, enxofre e fósforo) mundial seja produzido apenas para

repor objetos que foram corroídos” (FOGAÇA, 2017, p. 01) e que

O mecanismo completo da corrosão do ferro ainda não está completamente esclarecido, mas sabe-se que ela está relacionada à oxidação do ferro por meio de agentes oxidantes, que são a água e o oxigênio. Por isso, o ferro oxida-se facilmente quando é exposto ao ar úmido, principalmente se houver grande presença de água (FOGAÇA, 2017, p. 03).

Para sistematizar os principais modos de corrosão em estruturas metálicas, segue

o tópico 2.1 acerca da corrosão uniforme e sobre a corrosão localizada, sendo estas

discussões a base para o estudo da corrosão macroscópica e microscópica onde estão

contidas a corrosão galvânica; corrosão por pites; corrosão por frestas; corrosão

microbiológica; dissolução seletiva; corrosão sob-tensão e corrosão intergranular.

4.1 CORROSÃO UNIFORME E LOCALIZADA

A corrosão uniforme difere das demais por ter como característica a deterioração

de forma contínua em toda a superfície do metal exposto ao ambiente corrosivo, o que

significa dizer que ela acontece em metais e ligas relativamente homogêneos expostos a

ambientes também homogêneos (COELHO, 2015), como o exemplo da imagem a seguir.

Figura 23 – Exemplo de corrosão uniforme

Fonte: Conpleq, 2017.

Em se tratando da corrosão localizada, far-se-á necessário compreender que

como o próprio nome indica trata-se de uma corrosão em um ou mais pontos específicos

do material e este tipo de corrosão pode apresentar diferentes características, sendo

elas:

I. Corrosão galvânica, entendida como o processo que ocorre quando dois metais

que estão em contato acabam expostos a uma solução condutora, de modo que a

diferença de potencial entre os metais impulsionará a passagem de corrente

elétrica, resultando na corrosão do metal que apresenta menor resistência

(COELHO, 2015).

Figura 24 – Corrosão galvânica em ferro e latão

Fonte: CLI Houston, 2017.

Ainda de acordo com Coelho (2015) algumas precauções podem evitar a corrosão

galvânica como a escolha de metais mais semelhantes no que concerne a série

galvânica; o isolamento dos metais; o revestimento; a adição de inibidores que visam

reduzir o impacto do meio corrosivo; a projeção de elementos anódicos com maior

espessura; etc.

II. Corrosão em frestas é entendida, como o próprio nome diz, em um tipo de

corrosão que acontece nas regiões com frestas, nas quais o meio corrosivo pode

entrar e permanecer em condições estagnadas.

A fresta pode ser provocada por um detalhe de projeto, uma falha na execução da

soldagem, resultando em um depósito na superfície do material. De um modo geral

os meios que contém cloretos são particularmente perigosos na corrosão por

frestas nos aços inoxidáveis (JESUS, 2012).

Figura 25 – Corrosão em frestas

Fonte: Ferreira, 2014.

De acordo com Melo (2015) para evitar a corrosão em frestas deve-se evitar o uso

de parafusos, dando preferência às juntas soldadas, atentando-se para que a solda

penetre totalmente o interior da fresta; Fazendo uso de equipamentos na limpeza e;

Utilizando gaxetas sólidas e não-absorventes sempre que possível.

III. Corrosão por pite, também conhecida como corrosão puntiforme se dá em pontos

específicos gerando os “pites” que consistem em cavidades cuja profundidade

excede a sua largura, neste sentido este tipo de corrosão tende a destruir

equipamentos devido a pequenez de sua largura, sendo difícil visualizá-la, mas a

profundidade da corrosão acaba por interferir na estrutura do equipamento

(COELHO, 2015).

Figura 26 – Corrosão por pite

Fonte: SlidShare, 2017.

Visando reduzir os estragos silenciosos da corrosão por pite uma possibilidade seria a aplicação de revestimento de carboneto de tungstênio-cromo na superfície, com posterior polimento de diamante para que a superfície fique isenta de rugosidades que possam ocasionar o surgimento do pite.

IV. Corrosão microbiológica. De acordo com Jambo e Fofano (2008) este tipo de

corrosão ocorre pela ação de micro-organismos que existem naturalmente nas

estruturas metálicas e acabam atuando de maneiras distintas e gerando a

corrosão.

Figura 27 – Corrosão microbiológica

Fonte: Inopetro, 2017.

Como medidas preventivas Jambo e Fofano (2008) apontam o uso de técnicas

eletroquímicas, emprego de biocidas, controle de pH e a análise dos revestimentos

catódicos.

V. Corrosão sob-tensão é um processo fruto de tensões de tração aplicada ao metal,

por este motivo autores entendem este processo como uma fratura no metal.

Figura 28 – Corrosão sob tensão fraturante

Fonte: Silva, 2017.

VI. Corrosão intergranular, acontece em metais policristalinos devido à maior

reatividade dos grãos, sendo esta corrosão incidente nos contorno dos grãos da

rede cristalina do metal, em outras palavras,

A corrosão intergranular ocorre principalmente em aços inoxidáveis, em alguns meios corrosivos, quando a periferia dos grãos fica com menor

quantidade de cromo livre do que o interior dos grãos, tornando-se, assim, regiões anódicas, aonde vão se formar as trincas. Posteriormente ocorrerá o rompimento precoce do material, fenômeno que agora junto aos esforços mecânicos, se denominará de Corrosão sob Tensão (LIMA et al., 2002, p.03)

Entre tantos outros tipos de corrosão que poderiam ser abordados neste trabalho,

foram apresentados os tipos considerados mais frequentes haja vista que um engenheiro

civil deve ter clareza dos tipos de materiais utilizados, seus pontos fortes e fracos e como

aumentar ainda mais seus pontos fortes.

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Por meio do presente estudo torna-se evidente que as estruturas metálicas, bem

como o uso do aço na construção civil como um todo, vêm adquirindo cada vez mais

espaço nos projetos e que sua desvantagem econômica vem sendo superada

paulatinamente e é, na mesma medida, compensada pela grande quantidade de

possibilidades arquitetônicas que possibilita.

Nota-se que as estruturas metálicas apresentam um significativo avanço histórico-

social no que concerne à utilização dos materiais pelo homem, perpassando materiais

mais rudimentares como a madeira, a pedra lascada, a pedra polida, o cobre, o estanho,

o bronze, o ferro, a cerâmica, o vidro, entre tantos outros materiais, o que significa dizer

que as estruturas metálicas demandam de maior qualificação de mão de obra e normas

específicas para nortear desde o processo de fabricação até o planejamento, manejo e

montagem.

Os materiais empregados no projeto variam de acordo com o ideal proposto pelo

projetista, de modo que existem diferentes perfis de aço para atender a uma demanda

latente de especificidades. Os perfis podem ser conformados a frio, laminados, soldados

e tubulares, sendo que entre estes perfis de mesmo grupo ainda existem variáveis como

o tipo de costura e afins, de modo a proporcionar maior praticidade ao projetista e melhor

acabamento aos projetos.

Considerando os diferentes materiais e suas especificidades é possível

compreender que a corrosão também ocorre de maneira diferente a variar de acordo com

o material e com as condições do mesmo, sendo que as corrosões podem ser do tipo

uniforme e/ou corrosão localizada de característica macroscópica e microscópica onde

estão contidas a corrosão galvânica; corrosão por pites; corrosão por frestas; corrosão

microbiológica; dissolução seletiva; corrosão sob-tensão e corrosão intergranular.

Percebe-se que as técnicas de construção vêm se tornando cada vez mais

elaboradas e eficazes visando reduzir custos, ampliar as possibilidades, aumentar a

qualidade dos materiais e da obra, por consequência, tornando o trabalho de todos os

envolvidos no processo ainda mais valorizado, garantindo a satisfação do contratante do

serviço. No Brasil, as estruturas metálicas estão conquistando seu espaço de forma mais

tardia do que no exterior, mas torna-se cada vez mais viável, inclusive por questões

ambientais.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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