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PRINCÍPIOS DA PROTEÇÃO

DE ESTRUTURAS METÁLICAS

EM SITUAÇÃO DE

CORROSÃO E INCÊNDIO

5ª Edição

2011

Fábio Domingos Pannoni, Ph.D.

COLETÂNEA DO

USO DO AÇO

Colaboração:

Carlos Gaspar - Revisão

Tatiana Kioki - Coordenação Gráfica

APRESENTAÇÃO

COLETÂNEA DO USO DO AÇO

NO DIA-A-DIA

NA CONSTRUÇÃO CIVIL

NO TRANSPORTE

O AÇO POR VEZES INVISÍVEL

O aço é o produto mais reciclado do mundo: 40% da produção mundial é feita a

partir da sucata ferrosa.

O aço lava, passa, cozinha e congela.

É o aço dos fogões, dos aquecedores, dos refrigeradores, das máquinas de lavar, dos talheres e

utensílios domésticos.

O aço também transporta, faz compras, trata da saúde, constrói.

O aço emprega milhares de brasileiros, traz milhões de dólares em divisas.

O aço brasileiro impulsiona o desenvolvimento, fortalece a independência econômica e

melhora a qualidade da vida.

O aço dá qualidade à construção.

É essencial às moradias, às indústrias, à montagem da infra-estrutura nacional.

Está presente em pontes, viadutos, elevadores, em tubulações, revestimentos,

acabamentos e em coberturas.

É o aço dos carros, caminhões, ônibus, trens, metrôs, navios, bicicletas e motocicletas. São

muitos os meios de transportes produzidos com o aço brasileiro.

Distribuem as riquezas e espalham o progresso.

Exportam produtos, importam divisas e são importantes veículos de turismo e lazer.

Mais que o aço que você vê, o seu dia-a-dia é repleto de um aço que você não vê.

É o aço brasileiro presente nas indústrias que fabricam todos os produtos que não recebem nem

um grama de aço. É o aço das máquinas e das ferramentas industriais que manufaturam tecido,

madeira, plástico, louça, papel, brinquedos, couro, borracha e de todos os outros materiais.

É o aço das hidrelétricas, termelétricas e nucleares. O aço das torres de transmissão, dos

transformadores, das subestações e dos cabos elétricos. É o aço das plataformas, tubulações e

equipamentos de prospecção e extração de petróleo, dos oleodutos, gasodutos, petroleiros,

reservatórios, barris e butijões.

ÍNDICE


1. Proteção Frente à Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 - Proteção Frente à Corrosão – Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2 - O Mecanismo Eletroquímico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.3 - Principais Formas de Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.1 - Corrosão Uniforme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Espécies Poluentes Contidas na Atmosfera . . . . . . . . . . . 12

Umidade Relativa do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Mecanismo da Corrosão Atmosférica do Aço Carbono . . . . . . 15

1.3.2 - Corrosão Localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Corrosão Galvânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

a. Material Heterogêneo . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

b. Meio Heterogêneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Corrosão por Pites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Corrosão por Frestas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.4 - Aços Patináveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.4.1 - Desempenho dos Aços Patináveis . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.4.2 - Do que Depende a Formação da Pátina? . . . . . . . . . . . . 25

1.5 - Como Prevenir a Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.5.1 - O Efeito do Detalhamento do Projeto . . . . . . . . . . . . . . 27

Acessibilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Tratamento de Frestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Precauções para Prevenir a Retenção de Água e Sujeira . . . . . 32

Arestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Imperfeições de Soldagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Tratamento de Seções Fechadas ou Tubulares . . . . . . . . . 33

Furos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Prevenção da Corrosão Galvânica . . . . . . . . . . . . . . . 34

A Especificação de um Sistema de Proteção. . . . . . . . . . . 35

1.6 - Limpeza Superficial e Proteção Pela Pintura . . . . . . . . . . . . . . 36

1.6.1 - O Preparo da Superfície: Porque é Necessário e Como é Feito . . 36

1.6.2 - Pintura: o que é e Como Protege . . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.6.3 - Galvanização a quente na proteção de estruturas . . . . . . . . 42


2. Estruturas em Situação de Incêndio . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1 - Estruturas em Situação de Incêndio – Introdução . . . . . . . . . . . 47

2.1.1 - Segurança e Proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.2 - Resistência ao Fogo dos Componentes de Aço . . . . . . . . . . . . . 49

2.3 - As Normas Brasileiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.4 - Métodos de Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.4.1 - O Aço Parcialmente Protegido . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.4.2 - Aplicação de Materiais de Proteção Antitérmica “Tradicionais” . . 54

2.4.3 - Perfis Laminados I e H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.4.4 - Materiais de Proteção Antitérmica “Tradicionais” . . . . . . . . 58

2.4.5 - Combinação de Métodos de Proteção . . . . . . . . . . . . . . 65

2.5 - Os Ensaios de Cardington – O Início de uma Nova Era . . . . . . . . . 66

2.5.1 - Resistência ao Fogo de Vigas Mistas . . . . . . . . . . . . . . 66

2.5.2 - Engenharia de Segurança Contra Incêndio . . . . . . . . . . . 68

Referências Bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

1 - Referências Bibliográficas Gerais – Corrosão – Livros e Artigos Técnicos . 73

2 - Referências Bibliográficas Gerais – Corrosão – Normas . . . . . . . . . . 73

3 - Referências Bibliográficas Gerais – Incêndio – Livros e Artigos Técnicos. . 74

4 - Referências Bibliográficas Gerais – Incêndio – Normas . . . . . . . . . . 75

PROTEÇÃO FRENTE

À CORROSÃO

1


09

1.1 - PROTEÇÃO FRENTE À CORROSÃO: INTRODUÇÃO

1.2 - O MECANISMO ELETROQUÍMICO

Corrosão pode ser definida, de modo muito simples, como sendo a tendência espontânea do

metal produzido de reverter ao seu estado original (p.ex., um óxido hidratado), de mais baixa

energia livre. Outra definição, amplamente aceita, é a que afirma que corrosão é a

deterioração de propriedades que ocorre quando um material reage com o ambiente.

A corrosão pode ocorrer através de variadas formas, e sua classificação pode ser feita, por

exemplo, através da aparência do metal corroído. As formas mais comuns que acometem o

aço carbono são a corrosão uniforme, a corrosão galvânica, a corrosão por frestas e, em

certas situações específicas, a corrosão por pites. Esta última, embora menos comum, não é

menos importante que as demais.

O ataque uniformemente distribuído por grandes regiões da superfície metálica é certamente

a forma mais comum de corrosão. A corrosão atmosférica do aço carbono é, certamente, o

melhor exemplo deste tipo de ataque. Ela se distribui, em geral, por grandes áreas da

superfície metálica e a velocidade com que progride, por ser uniforme, pode ser facilmente

medida ou estimada. Dessa forma, ela não é considerada uma forma particularmente

perigosa de ataque.

A corrosão galvânica pode ocorrer quando duas ligas diferentes, em contato elétrico (ou

conectadas por um condutor elétrico) são expostas a uma mesma solução condutora de

eletricidade (um “eletrólito”). Uma diferença de potencial elétrico existente entre diferentes

metais ou ligas acaba por fornecer o potencial termodinâmico necessário à manutenção do

processo de corrosão.

As condições ambientais dentro de uma fresta podem, com o tempo, tornarem-se muito

diferentes daquelas encontradas em uma superfície próxima, limpa e exposta ao ambiente

externo. Um ambiente muito mais agressivo pode se desenvolver e causar a corrosão

localizada no interior da fresta. Frestas acontecem, por exemplo, nos pontos de contato entre

parafusos e componentes estruturais e nos intervalos existentes entre pontos de solda

descontínua. Frestas também podem ser criadas por depósitos de sujeira ou de produtos de

corrosão, riscos em pintura, etc.

A figura 1 ilustra algumas das formas de corrosão mais comumente encontradas nas

estruturas metálicas.

Grande parte das ocorrências de corrosão envolve reações eletroquímicas, assim,

trataremos, a seguir, dos princípios deste importante tipo de reação.

Os fenômenos de corrosão de metais envolvem uma grande variedade de mecanismos que,

no entanto, podem ser reunidos em quatro grupos:

• Corrosão em meios aquosos (90%);

• Oxidação e corrosão quente (8%);

• Corrosão em meios orgânicos (1,8%);

• Corrosão por metais líquidos (0,2%).

Entre parênteses está indicada, de forma estimada, a incidência, de uma maneira geral, de

cada um dos tipos de corrosão. Nota-se que, de longe, a corrosão em meios aquosos é a mais

comum. Isto é esperado, uma vez que a maioria dos fenômenos de corrosão ocorre no meio

ambiente, onde a água é o principal solvente. A corrosão atmosférica ocorre através da

condensação da umidade na superfície do metal.

É amplamente aceito que os dois primeiros grupos são caracterizados por processos

essencialmente eletroquímicos. Já a natureza dos processos que ocorrem nos dois últimos

grupos ainda não pôde ser precisada, uma vez que os seus mecanismos ainda não foram

devidamente estabelecidos.

Uma reação é considerada eletroquímica se ela estiver associada à passagem de corrente

elétrica, através de uma distância finita, maior do que a distância interatômica. Esta

passagem de corrente envolve o movimento de partículas carregadas - íons, elétrons ou

ambos. Dessa forma, na maioria das reações que se manifesta em presença de uma

superfície metálica, ocorre a passagem de corrente através do metal, e a reação é

eletroquímica em sua natureza fundamental.

A distância que a corrente elétrica percorre numa reação de corrosão eletroquímica pode

variar bastante, indo de dimensões de um tamanho de grão metálico (µm), como no caso da

dissolução de um metal em uma solução ácida, até quilômetros de distância, como no caso

da corrosão por correntes de fuga em tubulações enterradas nas vizinhanças de uma estrada

de ferro eletrificada.

Figura 1: As formas mais comuns de corrosão que acometem as estruturas metálicas.

AMBIENTE

METAL

SEM CORROSÃOCORROSÃOUNIFORME

CORROSÃOGALVÃNICA

CORROSÃO PORFRESTAS

METALMAIS

NOBRE

METAL OUNÃO-METAL


10

Na maioria das reações eletroquímicas os íons se movimentam através de eletrólito líquido,

normalmente aquoso. No entanto, em reações de oxidação (p. ex.. a reação à temperatura

elevada entre um metal e o oxigênio atmosférico), onde não se tem eletrólito líquido, o

movimento de íons ocorre através da película de óxido metálico que se forma na superfície do

metal. Este óxido funciona como um eletrólito sólido e garante a natureza eletroquímica da

reação.

O processo de corrosão atmosférica do aço carbono consiste, de elétrons fluindo dentro do

metal e íons fluindo no eletrólito superficial. A figura 2 representa, de forma esquemática, as

etapas do processo.

A velocidade de corrosão é muito influenciada pela condutividade elétrica do eletrólito: é

menor para meio pouco condutores, como a água muito pura, e maior para meios

considerados bons condutores, como, por exemplo, a água do mar ou soluções ácidas.

Vários são os fatores que determinam a criação e a distribuição de regiões anódicas e

catódicas na superfície do metal. A existência de diferenças de composição química, de

microestrutura, de concentração de algum reagente, da velocidade do eletrólito superficial,

de tensões residuais, dentre outras, determinam a formação de regiões catódicas ou

anódicas.


11

Figura 2: Representação esquemática, simplificada, do mecanismo de corrosão atmosférica do aço carbono.

Um ponto fundamental deve ser ressaltado: para que a corrosão atmosférica do

aço carbono aconteça, é necessária a presença simultânea de água e oxigênio.

Na ausência de um deles, a corrosão não acontecerá. Um exemplo importante é

observado no comportamento das estacas de aço cravadas em solos naturais.

Ainda que estejam em contato com água, elas não sofrem corrosão apreciável ao

longo dos anos, devido à baixa concentração (e também difusão) do oxigênio do

ar nos solos.

A corrosão uniforme é o fenômeno de corrosão mais importante, comum, simples e

conhecido. Ela acontece em metais e ligas relativamente homogêneas expostas a ambientes

também homogêneos. Esta homogeneidade de comportamento pode ser tanto reflexo da

homogeneidade intrínseca do material (ausência de defeitos estruturais ou de inclusões, por

exemplo) quanto a não seletividade do ambiente com respeito a estes defeitos. Aços-carbono

expostos à atmosfera e ligas de cobre expostos às águas naturais são bons exemplos de

materiais que podem sofrer este tipo de ataque.

A velocidade de corrosão uniforme é, em geral, expressa em termos da perda de massa por

unidade de área e por unidade de tempo, ou, alternativamente, pela perda de espessura do

metal corroído em função do tempo.

A corrosão atmosférica dos aços-carbono, como o próprio nome indica, trata da reação do

oxigênio, constituinte da atmosfera, à temperatura ambiente, com o metal, estando a

superfície recoberta por uma película (macroscópica ou microscópica) de água e agentes

poluentes dissolvidos, chamados, em conjunto, de eletrólito.

A velocidade da corrosão atmosférica depende da velocidade das reações parciais anódica e

catódica na interface metal-eletrólito e óxido-eletrólito. Assim, ela é comparável à corrosão

em meio líquido, mas, neste caso, não há retirada contínua em grande escala do produto de

corrosão pelo eletrólito, que pode, eventualmente, evaporar, propiciando alterações de fase

dos constituintes, ao longo do tempo, dentro da camada de óxido.

A corrosão atmosférica é muito dependente dos constituintes da atmosfera, notadamente a

água e poluentes atmosféricos, como será visto a seguir.

Os principais poluentes contidos na atmosfera são o dióxido de enxofre (SO ), os óxidos de 2

nitrogênio (NO e NO ), os cloretos, e as poeiras e fuligem que se depositam sobre a superfície 2

metálica. Do ponto de vista da corrosão, os cloretos, presentes especialmente nas regiões

marinhas, e o SO (proveniente da combustão de combustíveis fósseis, como o carvão e a 2

gasolina), presente em grandes cidades e áreas industriais, são as espécies mais

importantes. O SO é o responsável pelas chuvas ácidas, porque forma, reagindo com a água, 2

1.3 - PRINCIPAIS FORMAS DE CORROSÃO

1.3.1 Corrosão Uniforme

Espécies Poluentes Contidas na Atmosfera


12


13

ácido sulfuroso (H SO ), ou, ainda, em contato com a água e o oxigênio (na presença de 2 3

catalisadores, como os íons ferrosos), ácido sulfúrico (H SO ), de acordo com as reações:2 4

(1): SO (gás) + H O (gota de chuva ou orvalho) Z H SO (ácido sulfuroso)2 2 2 3

(2): SO (gás) + H O (gota de chuva ou orvalho) + ½O2 Z H SO (ácido sulfúrico)2 2 2 4

A reação do ácido sulfúrico com o aço carbono resulta em sulfato ferroso, que promove a

dissolução do ferro:

(3): H SO + Fe + ½O Z FeSO + H O2 4 2 4 2

Os óxidos de nitrogênio, que são formados durante a combustão em altas temperaturas (em

motores de ciclo Diesel, por exemplo), têm influência menos acentuada no processo de

corrosão atmosférica do aço carbono.

A umidade relativa do ar determina a percentagem de umidade a partir da qual ocorrerá o

fenômeno de condensação, necessário à formação de uma película de eletrólito sobre a

superfície metálica.

Esta condensação ocorre, a princípio, em umidades relativas de 100%, mas pode, sob certas

condições, se manifestar sobre a superfície metálica a umidades inferiores. Isto ocorre

particularmente quando a temperatura do metal é menor do que a temperatura do ar

ambiente (atinge-se o chamado “ponto de orvalho”), quando a superfície é bastante rugosa

(causada pelo fenômeno da tensão superficial, que abaixa a pressão de saturação dentro das

micro porosidades), ou quando a superfície contém depósitos de sais higroscópicos.

A presença de sais depositados exerce uma dupla ação, reduzindo o valor da pressão de

saturação e levando à formação de um eletrólito particularmente agressivo.

A figura 3 ilustra a evolução da corrosão de um aço carbono em função da umidade relativa,

para uma atmosfera poluída com 0,01% de SO e por um período de exposição de 55 dias. 2

Fica evidenciado que a corrosão é acelerada quando a umidade relativa supera os 60%.

As normas ISO 9223 e ISO 9226 definem os critérios relativos à caracterização de uma

atmosfera e o seu grau de corrosividade, determinado a partir da velocidade de corrosão de

metais expostos à atmosfera.

Três são os parâmetros utilizados na classificação de uma atmosfera:

• A duração da exposição a uma dada umidade (tempo de umedecimento) τ: corresponde

ao período de tempo no qual a umidade relativa é superior a 80% e a temperatura é -1

superior a 0oC. São descritas cinco categorias, indo de τ (< 10 h.ano ) a τ (> 5.500 1 5

-1h.ano );

Umidade Relativa do Ar

-3• A concentração de SO atmosférico, dado em µg.m : São descritas quatro categorias, 2

-3 -3indo de P (< 12 µg.m ) a P (90 < P < 250 µg.m ). Uma atmosfera rural, não o 3

poluída, como a de Sorocaba (SP), apresenta um valor médio anual de 5 µg.m , enquanto que uma atmosfera industrial como a encontrada em

-3Cubatão (SP), possui um valor médio anual de 27 µg.m ;

-2 -1• A concentração de íons cloreto é dada como velocidade de deposição, em mg.m .dia . -2 -1São descritas quatro categorias, indo de S (< 3 mg.m .dia ) a S (300 < S < 1.500 o 3

-2 -1mg.m .dia ). Uma atmosfera como a de Fortaleza (CE), apresenta uma taxa de -2 -1deposição (média) de cloretos de cerca de 300 mg.m .dia ;

A tabela I, descrita a seguir, qualifica a corrosividade de uma atmosfera, segundo a norma

ISO 9226, em função das velocidades de corrosão observadas para diferentes valores de τ, P

e S, para os aços carbono.

Tabela 1: Corrosividade atmosférica, segundo a norma ISO 9226.

-3

Figura 3: Influência da umidade relativa no processo de corrosão atmosférica do aço carbono.

120

100

80

60

40

20

040 50 60 70 80 90

MASSA C

ORRID

A, m

g/d

m²

UMIDADE RELATIVA, %

Corrosividade da Atmosfera

C1

C2

C3

C4

C5

Muito baixa

Baixa

Média

Alta

Muito Alta

< 1,3

1,3 - 25

25 - 50

50 - 80

80 - 200

< 0,1

0,1 - 1,5

1,5 - 6

6 - 20

20 - 90

Vcorr inicial Vcorr estacionária

-1( m.ano ) -1( m.ano )


14

A figura 4 qualifica a agressividade ambiental de algumas cidades brasileiras, segundo os

critérios preconizados pela norma ISO 9226.

Como visto anteriormente, a corrosão atmosférica do aço carbono pode ser descrita, de forma

simplificada, pela reação:

(4): 4Fe + 3O + 2H O 4FeOOH2 2

O composto FeOOH, que pode ser considerado como sendo hematita hidratada (2FeOOH =

Fe O + H O), designa, de modo genérico, a ferrugem. Na realidade, a ferrugem é uma mistura 2 3 2

complexa de várias fases cristalinas e amorfas de óxidos e hidróxidos e de ferro. Sua

estequiometria corresponde aproximadamente à fórmula global FeOOH. Os três principais

componentes da ferrugem são, respectivamente, a lepidocrocita (α-FeOOH), de estrutura

romboédrica, a goethita (γ-FeOOH), de estrutura também romboédrica e a magnetita (Fe O ), 3 4

de estrutura cúbica.

A composição da ferrugem varia em função das condições climáticas e da duração da

exposição. Ela varia morfologicamente e quimicamente, do interior para o exterior da camada:

Mecanismo da Corrosão Atmosférica do Aço Carbono

Z


15

Figura 4: Agressividade atmosférica de algumas cidades brasileiras, segundo os critérios prescritos pela norma ISO 9226.

BiomaPampa

BiomaAmazônia

BiomaCerrado

BiomaCaatinga

BiomaMata

AtlânticaBioma

Pantanal

Porto Velho: C3

Fortaleza: C5

Rio de Janeiro: C5

Ubatuba: C5

São Paulo: C3

Cubatão: C5

Aracajú: C3

Salvador: C3

A parte exterior é geralmente porosa, desagregada e friável, sendo constituída principalmente

de goethita e lepidocrocita;

A parte interior, adjacente ao metal, é, em geral, relativamente densa e mais aderente, sendo

formada por magnetita e fases amorfas de FeOOH.

Quando a superfície de aço é exposta à atmosfera, ela é rapidamente recoberta por uma fina

camada de produtos de corrosão. Esta reação acontece tão mais rapidamente quanto mais

úmida e contaminada for a superfície.

Inicialmente, o oxigênio contido no ar difunde através da película líquida do eletrólito e é 2+-reduzido a íons OH na superfície metálica, enquanto que o ferro é oxidado a íon Fe , que passa

à solução, no eletrólito.

Os íons ferrosos em solução reagem com as hidroxilas, formando, após uma série de reações,

γ-FeOOH, segundo a reação:

2+ +(5): 2Fe + ½O + 3H O 2γ-FeOOH + 4H2 2

Desse modo, a camada de lepidocrocita vai sendo desenvolvida, recobrindo a superfície,

levando à diminuição dos sítios ativos onde ocorre a oxidação do ferro a íon ferroso. Ao mesmo

tempo, a difusão do oxigênio é limitada pela barreira de lepidocrocita formada. Quando a

concentração de oxigênio se torna suficientemente pequena, a lepidocrocita reage, por sua 2+

vez, com os íons Fe , em fase aquosa, gerando uma camada de magnetita, segundo a reação:

2+ -(6): 8γ-FeOOH + Fe + 2e Z 3Fe O + 4H O3 4 2

De modo global, temos:

(7): 8γ-FeOOH + Fe Z 3Fe O + 4H O3 4 2

A ferrugem γ-FeOOH se comporta, desse modo, como um oxidante com respeito ao ferro, do

mesmo modo que o oxigênio. De acordo com a equação (17), a reação deverá parar quando

toda a ferrugem for consumida; na realidade, a redução do ?γ-FeOOH não acontece quando o

teor de oxigênio é pequeno.

Durante as fases “secas” (onde a película de água é bastante fina e a concentração de oxigênio

é alta), a magnetita reage com o oxigênio do ar, de acordo com:

(8): 2Fe O + ½O + 3H O Z 6γ-FeOOH3 4 2 2

Assim, se observa um fenômeno cíclico entre as fases “úmidas” e “secas”, levando à

transformação da lepidocrocita a magnetita, com o consumo metálico durante a fase úmida. A

figura 5 ilustra o fenômeno.

Z


16

Se poluentes tais como o SO estiverem presentes na fase aquosa, o consumo de metal será 2

acelerado na fase “úmida”, havendo a precipitação de FeSO no fundo da cela de corrosão 4

durante a fase “seca”.

Os ciclos de umedecimento e secagem alternados exercem, desse modo, uma forte influência

na velocidade média de corrosão do aço.

Este fenômeno ocorre, diferentemente da corrosão uniforme, quando o metal é colocado em

presença de um ambiente não homogêneo. Estas diferenças podem advir de múltiplas

origens, tanto ao nível do material (ligas multifásicas, presença de inclusões, defeitos

localizados em revestimentos protetores, pares bimetálicos, etc.) quanto ao ambiental

(variação local de composição química, de pH ou da temperatura).

A corrosão galvânica é uma das formas mais comuns de ataque em meio aquoso. Como o

próprio nome indica, ela resulta da formação de uma pilha, promovendo um ataque

localizado em um dos componentes do par – o menos “nobre”. A figura 6 exemplifica este

conceito.

1.3.2 Corrosão Localizada

Corrosão Galvânica


17

Figura 5: Mecanismo básico da corrosão atmosférica dos aços carbono.

FeSO4

FeOOH

Fe O3 4

Fase de corrosão "úmida"

Fase de corrosão "seca"

Fe

Fe

Fe O3 4

2+Fe

2-SO4

H O2H O2

H O2

H O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

FeOOH

FeOOH

2+Fe

-OH

-2e

O2H O2

H O2

Fe Fase inicial

+

Chuva

Seca

Figura 8 - Nó do Pórtico e Recorte das Mísulas

As regiões onde acontecem as reações anódica (a corrosão metálica) e catódica (redução do

oxidante) são espacialmente distintas. Como mencionado anteriormente, esta seletividade

das reações é devido às heterogeneidades existentes no material, no meio ou nas condições

físico-químicas da interface.

Cada metal ou liga pode ser caracterizado pelo seu potencial de corrosão. Medidas

experimentais tornam possível o estabelecimento de uma tabela ordenada de potenciais de

corrosão denominada série galvânica. Esta tabela, que não deve ser confundida com a tabela

dos potenciais de eletrodo padrão, fornece, para um dado meio considerado, uma

classificação de diferentes metais e ligas segundo seu potencial de corrosão. A partir destas

indicações, torna-se possível estimar a pilha que será criada pelo acoplamento elétrico dos

dois metais diferentes. Observa-se o aumento da velocidade de corrosão do metal menos

nobre (aquele que possui o menor potencial de corrosão) e uma diminuição da velocidade de

corrosão do metal mais nobre (o que apresenta o maior potencial de corrosão) naquele dado

meio. A figura 7 ilustra uma série galvânica para a água do mar.

Este efeito pode ser utilizado com vantagens na proteção de um metal ou liga frente à

corrosão, e é conhecido como proteção catódica: o material que tem predominância da

reação anódica (o anodo de sacrifício) acaba protegendo o resto da estrutura, que passa a

ser, preponderantemente, catodo.

a. Material Heterogêneo

Figura 6: Mecanismo básico ilustrativo da corrosão galvânica.


18

Metal A

z+Mez-R

R

Me -ze

Anodo

Metal B

Eletrólito

Catodo

A observação da figura 7 nos permite dizer que, em ambientes atmosféricos contendo

cloretos, a união elétrica entre o magnésio e o aço promoverá a proteção deste último, em

detrimento do primeiro, que se corrói. Em continuidade, a união elétrica entre o aço

estrutural e aços inoxidáveis promoverá, em ambiente semelhante, a rápida deterioração do

aço estrutural. Quem está acima na tabela protege quem está abaixo, corroendo-se.

É importante ressaltar que a série galvânica representada na figura acima foi determinada

experimentalmente, para pares galvânicos imersos em água do mar em movimento. O que

ocorreria, por exemplo, em um ambiente industrial úmido? O ordenamento mostrado acima,

de modo geral, não é alterado. Assim, na falta de uma série galvânica específica, pode-se

utilizar a série apresentada na figura 7, sem que se cometa, de modo geral, equívocos.

O fenômeno da corrosão galvânica está na origem do procedimento conhecido como

galvanização, que objetiva proteger o aço pelo recobrimento com zinco. É necessário,

entretanto, distinguir proteção catódica, onde o revestimento faz o papel de anodo de

sacrifício, dos casos onde o revestimento é mais nobre que o material a proteger (como

exemplo, a “niquelação' ou a “cobreação” do aço).


19

Figura 7: Série galvânica para diferentes metais e ligas, em água do mar. O metal (ou

liga) situado acima na tabela (isto é, aquele que possui o menor potencial de

corrosão) protege o metal (ou liga) que possui maior potencial de corrosão

(isto é, situado abaixo deste na tabela), corroendo-se preferencialmente.

ZINCO

+0,2 0,0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 -1,2 -1,0 -1,2 -1,4 -1,6

Volts, vs. ECS

MAGNÉSIO

BERÍLIO

LIGAS DE ALUMÍNIO

CÁDMIO

AÇO CARBONO, FERRO FUNDIDO

AÇO PATINÁVEL, AÇO BLAR

BRONZE ALUMÍNIO

BRONZE MANGANÊS

BRONZE SILÍCIO

CUPRONÍQUEL 90 - 10



NÍQUEL 200

PRATA

TITÂNIO

PLATINA

GRAFITE

Potenciais de corrosão em água do mar em movimento (2,5 - 4,0 m/s)Temperatura entre 10 - 27 ºC

AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS 302, 304, 321, 347

AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS 316, 317

AÇO INOXIDÁVEL - TIPOS 410, 416

AÇO INOXIDÁVEL - TIPO 430

ESTANHO

COBRE

CHUMBO

SOLDA Pb - Sn (50 / 50)

LATÃO ALMIRANTADO, LATÃO ALUMÍNIO

LATÃO AMARELO, LATÃO NAVAL, LATÃO VERMELHO

No primeiro caso, é a quantidade do revestimento (isto é, espessura) que acaba sendo o

fator primordial de proteção, enquanto que, no segundo caso, é a qualidade do revestimento

que se revela primordial (ausência de defeitos que podem levar ao ataque localizado do

substrato, sob o revestimento). A corrosão devida ao acoplamento galvânico de dois metais

(ou ligas) dependerá de muitos parâmetros, tais como a composição química das ligas,

presença de produtos de corrosão, composição, pH e agitação do eletrólito, e, muito

importante, a razão de áreas anodo/catodo. A figura 8 ilustra o ataque galvânico que ocorre

entre o aço carbono e o cobre, banhados por uma água potável agressiva.

O potencial de corrosão é um compromisso que resulta do “balanço” entre a reação de

oxidação do metal e a reação de redução do oxidante contido no eletrólito. Qualquer variação

local de composição deste último poderá propiciar o surgimento de corrosão galvânica. Este

é o caso do ataque conhecido como pilha de aeração diferencial.

Quando o aço carbono é colocado em um eletrólito neutro (p.ex.: cloreto de sódio), pode-

se observar o ataque intenso nas regiões pouco aeradas e a redução catódica nas regiões

aeradas. O pH das regiões aeradas (áreas catódicas) se torna mais alto devido à redução

do oxigênio, envolvendo a formação de íons hidroxila (o que contribui para a passivação

local da liga.

A corrosão por aeração diferencial é a responsável, por exemplo, pelo ataque existente nas

(pequenas) frestas formadas entre, p.ex., parafusos e componentes estruturais, soldas

descontínuas e chapas metálicas guardadas empilhadas. A figura 9 ilustra o conceito de pilha

de aeração diferencial.

b. Meio Heterogêneo

Figura 8: Exemplo de corrosão galvânica – aço carbono x cobre.

FeOOH2+Fe 2+Fe

H O + 2 O2


20

Aço

AnodoCatodo

Cobre

Água potávelagressiva


21

1.4 - AÇOS PATINÁVEIS

Todos os aços contêm pequenas quantidades de elementos de liga, tais como carbono,

manganês, silício, fósforo e enxofre, seja porque estes integravam as matérias-primas

(minérios e coque) com que foram fabricados, seja porque lhes foram deliberadamente

adicionados, para lhes conferirem determinadas propriedades. De modo geral, as adições

são pequenas, de no máximo 0,5 a 0,7% da massa total do metal, proporção em que tais

elementos não têm qualquer efeito apreciável sobre a resistência deste à corrosão

atmosférica. As pequenas variações de composição que inevitavelmente ocorrem durante o

processo de fabricação do metal tampouco afetam significativamente suas características.

Entretanto, existem exceções. Sabe-se há mais de 80 anos, por exemplo, que a adição de

pequenas quantidades de cobre, níquel, cromo, fósforo e outros elementos químicos têm um

efeito benéfico sobre os aços, reduzindo a velocidade em que são corroídos, quando

expostos à atmosfera. Dentre estes elementos químicos, o cobre é o que apresenta maior

influência. A figura 10 mostra dois aços laminados a quente, pintados, riscados e expostos

em atmosfera industrial por 12 meses. A série inferior corresponde à liga-mãe – um aço

carbono comum. A série superior corresponde à mesma liga-mãe, onde somente foi feita a

adição de 0,2% de cobre. Podemos observar a menor progressão da ferrugem sob a tinta,

nas amostras contendo cobre.

Figura 9: Exemplos de pilhas de aeração diferencial (frestas).

z+Mez-

RR

-OH

-ze

H2O

O2

-ze

Anodo

Eletrólito

Catodo

Frestas

Fe

2+Fe

Anodo

O grande estímulo ao emprego de aços enriquecidos com estes elementos químicos,

chamados de aços de baixa liga e alta resistência, resistentes à corrosão atmosférica, foi dado

pela companhia norte americana United States Steel Corporation que, no início da década de

1930, desenvolveu um aço cujo nome comercial era Cor-Ten.

O aço Cor-Ten foi desenvolvido originalmente para a indústria ferroviária, e sua grande virtude

aparente era permitir a construção de vagões mais leves. A propriedade de resistir à corrosão

foi alcançada quase que por casualidade, embora desde o fim do século XIX já se

conhecessem as influências benéficas do cobre e do fósforo.

A ferrugem formada sobre estes aços, por possuir uma coloração e uma morfologia distinta,

atraiu a atenção de vários arquitetos. Em 1958, o arquiteto norte americano Eero Saarinen

utilizou-o na construção do edifício-sede da John Deere, em Moline, no estado de Illinois. Este

foi o primeiro uso de aços patináveis, não pintados, na construção civil. A figura 11 mostra

este edifício. O aço foi deixado aparente nessa obra, tendo o arquiteto considerado que a

ferrugem que sobre ele se formava constituía por si mesma um revestimento não só aceitável,

como atraente. O pleno esclarecimento do mecanismo responsável pela formação da pátina

protetora só veio a ser alcançado já nos anos 70.

Figura 10: Resultado da exposição atmosférica de um aço laminado a quente sem adição de cobre (série inferior) e, do mesmo aço, agora com adição de 0,2% de cobre (série superior). Os corpos-de-prova formam pintados com tinta epoxídica (200? m – base seca), riscadas e expostas à atmosfera industrial por 12 meses.


22

Desde o lançamento do Cor-Ten, até os nossos dias, desenvolveram-se outros aços com

comportamentos semelhantes, que constituem a família dos aços conhecidos como

patináveis. Enquadrados em diversas normas, tais como as normas brasileiras NBR 5008,

5920, 5921 e 7007, e as norte-americanas ASTM A242, A588 e A709, que especificam limites

de composição química e propriedades mecânicas, estes aços tem sido utilizados no mundo

todo na construção de pontes, viadutos, edifícios, silos, torres de transmissão de energia, etc.

Sua grande vantagem, além de dispensarem a pintura em certos ambientes, é possuírem

uma alta resistência mecânica. Em ambientes agressivos, como regiões que apresentam

poluição por dióxido de enxofre ou aquelas próximas da orla marítima, a pintura lhes confere

uma proteção, em geral, superior àquela conferida aos aços comuns.

No Brasil, aços desse tipo encontram também grande aceitação entre os arquitetos para

estruturas aparentes. Além de inúmeras pontes e viadutos espalhados por todo o país,

formam, p.ex., a estrutura da catedral de Brasília e do edifício-sede da Associação Brasileira

de Metalurgia e Materiais (ABM), em São Paulo.


23

Figura 11: Edifício-sede da John Deere, em Moline (Ilinois – USA), todo feito em aço patinável aparente.

1.4.1 - Desempenho dos Aços Patináveis

O que distinguia o novo produto, dos aços comuns, no que diz respeito à resistência à

corrosão, era o fato de que, sob certas condições ambientais de exposição, ele podia

desenvolver em sua superfície uma película de óxidos aderentes e protetores, chamados de

pátina, que atuava reduzindo a velocidade do ataque causado pelos agentes corrosivos

presentes no meio ambiente. Durante os primeiros anos de exposição à atmosfera, a perda

de massa metálica por unidade de superfície cresce segundo uma função potência do tipo 1-n∆m = kt onde m é a perda de massa por unidade de superfície (mg/cm²), e são

constantes e é o tempo de exposição, em meses.

A figura 12 ilustra o desempenho frente à corrosão atmosférica de um aço estrutural comum

(ASTM A36) e de um aço de baixa liga e alta resistência, resistente à corrosão atmosférica

(AçoCor 500, da Gerdau Açominas), expostos em atmosferas de diferente agressividade.

∆

Figura 12: Desempenho de um aço patinável (ASTM A588) e de um aço estrutural comum (ASTM A572) em quatro diferentes atmosferas: rural, urbana, industrial e marinha.

ASTM A 36

160

120

80

40

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120

AÇOCOR 500

Atmosfera Urbana - Santo André - SP

2Perd

a d

e M

ass

a, m

g/c

m

Tempo, meses

ASTM A 36

120

AÇOCOR 500

Tempo, meses

160

120

80

40

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Atmosfera Rural - Itararé - SP

2Perd

a d

e M

ass

a, m

g/c

m

ASTM A 36

120

AÇOCOR 500

Tempo, meses

160

120

80

40

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Atmosfera Marinha - Bertioga - SP

2Perd

a d

e M

ass

a, m

g/c

m

ASTM A 36

160

120

80

40

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120

AÇOCOR 500

Atmosfera Industrial - Cubatão - SP

2Perd

a d

e M

ass

a, m

g/c

m

Tempo, meses

k n

t


24

1.4.2 - Do que Depende a Formação da Pátina?

A formação da pátina é função de três tipos de fatores. Os primeiros a destacar estão ligados

à composição química do próprio aço. Os principais elementos de liga que contribuem para

aumentar-lhe a resistência frente à corrosão atmosférica, favorecendo a formação da pátina,

são o cobre e o fósforo (o cromo, o níquel, e o silício também exercem importantes efeitos

secundários). Cabe observar, no entanto, que o fósforo deve ser mantido em baixos teores

(menores que 0,1%), sob pena de prejudicar certas propriedades mecânicas do aço e sua

soldabilidade.

Em segundo lugar vêm os fatores ambientais, entre os quais sobressai a presença de dióxido

de enxofre e de cloreto de sódio na atmosfera, a temperatura, a força (direção, velocidade e

freqüência) dos ventos, os ciclos de umedecimento e secagem, etc. Assim, enquanto a

presença de dióxido de enxofre, até certos limites, favorece o desenvolvimento da pátina, o

cloreto de sódio em suspensão nas atmosferas marítimas prejudica suas propriedades

protetoras. Não se recomenda a utilização de aços patináveis não protegidos em ambientes -3industriais onde a concentração de dióxido de enxofre atmosférico seja superior a 250 µg.m

-2 -1e em atmosferas marinhas onde a taxa de deposição de cloretos exceda 300 mg.m .dia .

É importante ressaltar que raros locais do território brasileiro possuem concentrações

elevadas de SO a ponto de impedir a formação da pátina. Este não é o caso, entretanto, para 2

a deposição de cloretos, que são encontrados em alta concentração na costa brasileira.

Os ventos, que carreiam agentes agressivos até o local em que se encontra o metal, têm

importante efeito sobre os ciclos de umedecimento e secagem; tais ciclos são considerados

essenciais ao desenvolvimento de películas protetoras. O efeito da temperatura, embora

provável, ainda não foi claramente caracterizado.

Finalmente, há fatores ligados à geometria da peça, que explicam por que diferentes

estruturas do mesmo aço, dispostas lado a lado, podem ser atacadas de maneira distinta.

Esse fenômeno é atribuído à influência de seções abertas/fechadas, drenagem correta das

águas de chuva e outros fatores que atuam diretamente sobre os ciclos de umedecimento e

secagem. Assim, por exemplo, sob condições de contínuo molhamento, determinadas por

secagem insatisfatória, a formação da pátina fica gravemente prejudicada.

Os elementos de ligação (chapas, parafusos, porcas, arruelas, rebites, cordões de solda, etc.)

devem apresentar não só resistência mecânica compatível com o aço patinável, mas também

compatibilidade de composição química, para evitar o desenvolvimento da corrosão

galvânica. Aços patináveis podem ser soldados através do uso de todas as técnicas usuais,

entretanto, os eletrodos deverão ser compatíveis com a composição química destes aços, de

modo a minimizar a ocorrência de corrosão galvânica junto ao cordão de solda. Os parafusos

estruturais adequados são enquadrados na Norma ASTM A325 Tipo 3 (composição química

semelhante ao Cor-Ten X). Parafusos, porcas e arruelas galvanizadas a quente, sherardizados

ou revestidas de zinco eletrodepositado não deverão ser empregados em conjunto com os

aços patináveis, pois os revestimentos de zinco serão rapidamente consumidos, levando à

exposição de um parafuso que, mais uma vez, é menos nobre do que o aço patinável. Desse

modo, o parafuso poderá ser intensamente corroído.

25


Como regra geral, aços patináveis tem sido utilizados em seu estado natural, isto é, sem

pintura, em ambientes que propiciem o aparecimento da pátina protetora. Exceções

acontecem quando, por motivos estéticos, o aço deva apresentar certa coloração desejada

ou nas condições em que o aço não pode desenvolver a pátina, como visto anteriormente.

O desempenho do aço patinável pintado com certo sistema de pintura costuma ser superior

àquele obtidos sobre os aços carbono estruturais. Isto, naturalmente, é válido somente no

caso da existência de condições ambientais que promovam a formação da pátina. Nestas

condições, a durabilidade do sistema costuma ser superior à soma das durabilidades

propiciadas isoladamente pela proteção dada lo revestimento e pela própria natureza do

material, isto é, há sinergia dos mecanismos. Uma eventual falha no revestimento levará à

formação de produtos de corrosão bem menos volumosos do que aqueles formados sobre os

aços comuns, aumentando a durabilidade do revestimento.

A figura 13 mostra dois espécimes de aço laminados a quente, um ASTM A 588 (aço

patinável) um ASTM A 572 (aço estrutural comum), expostos por 48 meses na atmosfera

industrial de Cubatão (SP). Estes aços foram jateados com granalha de aço (padrão Sa 3),

pintados com tinta epóxi tolerante à superfície (epóximastic, com 300 µm de espessura

seca); após a secagem, foi feito o entalhe na tinta (um ensaio normatizado) e subseqüente

exposição à atmosfera.

Podemos observar que o aço carbono comum produziu um grande volume de produtos de

corrosão. Houve grande dano à pintura. Já o aço patinável, no mesmo período, produziu

menor quantidade de ferrugem. A tinta está íntegra e continua a oferecer proteção contra a

corrosão. O aço é protegido pela tinta e, mesmo quando alcançado pelo oxigênio e água

atmosféricos (por difusão), acaba por produzir um volume de óxidos consideravelmente

menor do que o gerado sobre o aço carbono, e que não chega a destruir a película. Por esse

motivo, mesmo formando óxidos, a durabilidade da proteção é maior do que no caso do aço

carbono. A corrosão no aço patinável ficou circunscrita à região dos cortes.

ASTM A 588 ASTM A 572

Figura 13: Comportamento de um aço patinável ASTM A588 e de um aço carbono estrutural ASTM A572 expostos à atmosfera industrial por 48 meses.


26


27

Aços patináveis necessitam de pintura (ou outra forma de proteção) em ambientes onde a

pátina protetora não pode ser formada em sua plenitude, tais como:

• Atmosferas contendo gases (ou particulados) corrosivos, como, por exemplo, em áreas -3

industriais com alta deposição de óxidos de enxofre (> 250 µg.m ), cloreto de amônia,

ácido clorídrico, etc.;

• Locais sujeitos à névoa salina. Em atmosferas altamente contaminadas com cloretos, em

especial regiões muito próximas da arrebentação costeira, ou ainda regiões cobertas, nas

quais o efeito da lavagem propiciada pelas chuvas não é sentida (com o conseqüente

acúmulo de cloretos), a pátina formada não tem características protetoras. Recomenda-

se a pintura de toda estrutura confeccionada em aço patinável desde que esta esteja a

menos de 1-3 km da orla marinha. Nestes casos, o preparo de superfície e o esquema de

pintura escolhido deverão ser os mesmos especificados para o aço carbono estrutural,

visto que a pátina protetora não pode ser plenamente desenvolvida nestas condições;

• Aplicações onde o aço permanece continuamente submerso em água ou enterrado no

solo aerado (próximo à superficie), tais como adutoras de água;

• Aplicações onde o aço está em contato direto com madeiras ou materiais porosos, que

podem reter a umidade permanentemente em contato com o metal.

Em resumo, podemos afirmar que em situações onde a formação da pátina não é adequada,

exigindo o uso de sistemas de proteção (p. ex.: a pintura), os aços patináveis e os aços

carbono tornam-se praticamente equivalentes na sua aplicação.

Em ambientes externos ou úmidos, o detalhamento do projeto tem, em geral, um enorme

efeito no controle da corrosão. A prevenção da corrosão nasce na arquitetura, é

complementada pelo engenheiro calculista e finalizada pelo fabricante da estrutura. O modo

mais econômico de se atingir a vida útil da estrutura, com os menores custos ao longo do

tempo, é atentar para os detalhes. É importante ressaltar que em ambientes secos, não

poluídos, nenhuma precaução especial é necessária.

Todo projeto deve ser feito de modo a facilitar o preparo de superfície, pintura, inspeção e

manutenção.

A forma de uma estrutura pode influenciar sua susceptibilidade à corrosão. Assim, as

estruturas devem ser projetadas de modo que a corrosão não possa se estabelecer em um

local em particular, de onde possa se espalhar. Recomenda-se, desse modo, que os

projetistas considerem o detalhamento anticorrosivo já no início do projeto.

As formas dos elementos estruturais e os métodos utilizados para uni-los devem ser tais

que a fabricação, união e qualquer tratamento subseqüente não promovam a corrosão.

1.5 - COMO PREVENIR A CORROSÃO

1.5.1 - O efeito do detalhamento do projeto

Do mesmo modo, considerações devem ser feitas com respeito à forma da estrutura e de

seus elementos com respeito à categoria ambiental, quando se especifica um sistema de

proteção de pintura.

O projeto deve ser simples, evitando-se a complexidade excessiva. Onde os componentes

metálicos estão em contato, imersos ou enclausurados em outros materiais de construção,

p.ex., tijolos, eles não estarão acessíveis, assim, as medidas de proteção frente à corrosão

devem ser efetivas ao longo de toda a vida útil da estrutura.

Os componentes em aço devem ser projetados para permitir acesso, com a finalidade da

aplicação, inspeção e manutenção do sistema de pintura. Isto pode ser facilitado, por

exemplo, pela instalação de passarelas para vistoria, plataformas, etc. A criação de acessos

para a manutenção em um estágio posterior pode ser difícil, e, se não incluído no projeto, o

projetista deve indicar claramente como pode ser feito no futuro.

Todas as superfícies da estrutura que precisam ser pintadas devem ser visíveis e possíveis de

alcançar através de métodos seguros. As pessoas envolvidas no preparo de superfície,

pintura e inspeção devem estar aptas a se mover facilmente, e de modo seguro por todas as

partes da estrutura, em condições de boa iluminação. As superfícies que serão tratadas

devem ser suficientemente acessíveis para permitir ao operador espaço suficiente para o

trabalho. A Tabela 2 e a Figura 14 tratam das dimensões mínimas recomendadas.

Tabela 2: Distâncias típicas requeridas para ferramentas no trabalho

de proteção frente à corrosão

Acessibilidade

OperaçãoÃngulo de

operação (α), graus

Comprimento da ferramenta (D2),

mm

Distância entre a ferramenta e o substrato (D2),

mm

Jateamento abrasivo

Ferramental elétrico

- Pistola de pinos

- Lixadeira elétrica

Limpeza manual

- Escovamento

- Lixa manual

Metalização

Aplicação de tinta

- spray

- pincel

- rolo

800

250 a 350

100 a 150

100

100

300

200 a 300

200

200

200 a 400

0

0

0

0

150 a 200

200 a 300

0

0

60 a 90

30 a 90

–

0 a 30

0 a 30

90

90

45 a 90

10 a 90


28


29

Figura 14: Distâncias típicas requeridas para ferramentas no trabalho de proteção

frente à corrosão.

Figura 15: Dimensões mínimas recomendadas de aberturas, para áreas de acesso

confinado.

Substrato

D1

D1

D2

D2

α

αÂngulo formado pelo eixo da ferramenta com o substrato

Distância da ferramenta ao substratoComprimento da ferramenta

EnrijecedoresEnrijecedores

500

500

700

700 60

0

Abertura retangular Abertura ovalada Abertura circular

A Figura 15 trata das dimensões mínimas recomendadas para aberturas de acesso em áreas

confinadas.

Atenção especial deve ser tomada para garantir o acesso em caixas e tanques. As aberturas

devem ser de tamanho suficiente para garantir o acesso seguro de operadores e seus

equipamentos, incluindo os de segurança. Em adição, aberturas de ventilação suplementares

devem existir, em locais e de dimensões que permitam a aplicação do sistema de proteção

escolhido.

Figura 16: Dimensões mínimas para espaços restritos entre superfícies.


30

a

a

hh

a

h

300

250

200

150

100

100 700 1000

50

a (

mm

)

h (mm)

Fig. a

a

a

a

h

1000

800

600

400

100 700500 1000

200

a (

mm

)

h (mm)

Fig. b

A Distância mínima permitida entre os perfis ou entre um perfil e uma superfície adjacente.h Distância máxima que um operador pode atingir em espaços restritos (mm).A distância mínima permitida a entre dois perfis é dado pelo gráfico de a "versus" h, até 1000 mm (Fig. a) acima.

A distância mínima permitida a entre o perfil e a superfície adjacente é dada pela Fig. b.

Nota 1 Se o operador deve atingir distâncias maiores do que 1000 mm, a (Fig. b) deve ser

preferivelmente no mínimo de 800 mm.

Nota 2 Quando o projetista não puder utilizar estas recomendações, medidas especiais deverão

ser tomadas.

Espaços estreitos entre elementos devem ser evitados tanto quanto possível. Onde não seja

possível evitar espaços restritos, por razões estruturais ou práticas, as recomendações

descritas na figura 16 devem ser avaliadas.

Componentes que estão sob risco de corrosão e são inacessíveis após a montagem devem

ser feitos de um material resistente à corrosão ou possuir um sistema de revestimento

protetor efetivo por toda a vida útil da estrutura. Alternativamente, uma sobre-espessura

metálica pode ser considerada.


31

Figura 17: Tratamento de Frestas.

Figura 18: Transição entre aço e concreto.

Nota 1 Estes exemplos somente ilustram os princípios.

Ruim

RuimBom

Bom

Solda contínuaFresta fechada

Fresta

Melhor

Tratamento de Frestas

Frestas estreitas e juntas sobrepostas são pontos potenciais para o ataque corrosivo, devido

à retenção de umidade e sujeira, incluindo abrasivos utilizados no preparo da superfície. A

corrosão potencial nesses locais pode ser evitada pela selagem. Na maior parte dos

ambientes corrosivos, a fresta pode ser preenchida com um calço de aço que se projeta do

perfil e é soldado em toda sua volta. Superfícies de acoplamento podem ser seladas por solda

contínua, para evitar o armazenamento de abrasivos e penetração de umidade.

A figura 17 apresenta alguns exemplos que ilustram os princípios de tratamento de frestas,

não devendo ser entendidos como restrição ou recomendação dos detalhes.

Atenção especial deve ser dada aos pontos de transição do concreto ao aço, particularmente

no caso de estruturas compostas sujeitas às condições severas de corrosão (figura 18).

Precauções para Prevenir a Retenção de Água e Sujeira

Arestas

Configurações geométricas superficiais, onde a água (e materiais estranhos, como a terra

ou areia) possa ficar acumulada devem ser evitadas. As principais precauções, neste

caso, são as seguintes:

a) projetar superfícies inclinadas ou chanfradas;

b) eliminar seções abertas no topo, ou seu arranjo em posição inclinada;

c) eliminar “bolsas” e recessos, onde a água e a sujeira possam ficar retidas;

d) permitir a drenagem da água e de líquidos corrosivos para fora da estrutura.

A figura 19 apresenta exemplos para ilustrar algumas dessas precauções, não devendo

ser entendidas como restrição ou recomendação dos detalhes.

Arestas arredondadas são desejáveis, de modo a permitir a aplicação de revestimentos

protetores de modo uniforme, e obter a espessura adequada (figura 20). Revestimentos

aplicados sobre cantos-vivos são mais susceptíveis a danos. Assim, todos os cantos-vivos

oriundos do processo de fabricação devem ser arredondados ou chanfrados; rebarbas ao

redor de furos e ao longo de cortes devem ser removidas.


32

Figura 19: Posições para evitar pontos de acúmulo de água e sujeira.

Água, pó

Ruim Bom

Quebra

Imperfeições de Soldagem

Tratamento de Seções Fechadas ou Tubulares

Soldas devem ser livres de imperfeições (p.ex., asperezas, espirros, crateras, etc.) que são

difíceis de cobrir de modo efetivo com um sistema de pintura (Figura 21).

Porcas, parafusos e arruelas

Parafusos, porcas e arruelas devem ser protegidas da corrosão com o mesmo sistema de

proteção utilizado na estrutura, isto é, devem possuir a mesma durabilidade estimada.

Componentes tubulares abertos, quando expostos à umidade condensada, devem ser

fornecidos com aberturas de dreno e protegidos efetivamente da corrosão.

Componentes tubulares selados devem ser impermeáveis ao ar e à umidade. Para essa

finalidade, suas bordas devem ser seladas por meio de solda contínua, tomando-se os

devidos cuidados para garantir que a água não fique retida.


33

Figura 20: Evite quinas-vivas. Faça um chanfro ou arredonde as bordas.

Figura 21: Imperfeições superficiais devem ser eliminadas.

Tinta

Aço

r > 2 mm

Bom

d

Tinta

Aço

d > 1 mm

Bom

d

Tinta

Aço

Ruim

Ruim Ruim Bom

TintaIrregularidade

Solda "elevada"

Escória

Liso

Furos

Prevenção da Corrosão Galvânica

Furos em enrijecedores, almas ou componentes em geral devem possuir um raio mínimo de

50 mm (Figura 22), de modo a permitir o preparo superficial adequado e aplicação do

sistema de pintura. Quando a chapa na qual o furo será feito é considerada grossa (p.ex., >

10 mm), a espessura da chapa circundante deve ser reduzida, para facilitar o preparo

superficial e a aplicação da tinta.

Certos cuidados devem ser tomados quando se unem componentes metálicos menos nobres

(isto é, mais eletronegativos) a componentes metálicos mais nobres. Atenção particular deve

ser dada onde componentes metálicos menos nobres possuam uma pequena área superficial

em comparação com aquela dos componentes metálicos mais nobres. Não existe objeção ao

uso, em condições menos severas, de parafusos (e porcas e arruelas) de pequena área

superficial feitos com aços inoxidáveis em componentes feitos com ligas menos nobres.

Se o projeto for tal que, em atmosferas agressivas, o acoplamento galvânico não possa ser

evitado, o contato elétrico entre as superfícies deve ser desfeito, por exemplo, por meio da

isolação elétrica (uso de dielétricos, como polímeros orgânicos), ou ainda por meio da pintura

das superfícies de ambas as ligas. Se somente for possível pintar uma das ligas adjacentes à

junção, a pintura deverá ser aplicada no componente mais nobre.

Alternativamente, pode ser considerada a possibilidade de se utilizar proteção catódica.

Aços estruturais, tais como o ASTM A575 Grau 50, devem utilizar parafusos do tipo ASTM

A325 Tipo 1 (galvanizados a quente ou não). Em contrapartida, aços patináveis necessitam

de parafusos como o ASTM A325 Tipo 3, não galvanizados. Caso não haja disponibilidade de

tais parafusos, utilize parafusos ASTM A325 Tipo 1, “pretos”, que promoverão uma perfeita

ancoragem da tinta de fundo.

A Tabela 3 indica os consumíveis de soldagem e os parafusos adequados à composição das

ligações para os aços ASTM A572 e o AÇO COR (aço patinável).


34

Figura 22: Projeto recomendado de enrijecedor, recomendado para a proteção

anticorrosiva.

AlmaEnrijecedor

SoldasFuro

Mesa inferior

Furo com r > 50 mm

Figura 23: Fatores a serem avaliados na escolha da proteção de estruturas (caixa

esquerda) e informações disponibilizadas no processo de especificação do

sistema (caixa direita).

Fatores pré-determinados

Especificação de proteção

Ambientecircundanteda estrutura

Possibilidades de tratamentoexistentes no fabricante da estrutura,ou no local da construção/montagem

para obras in-situ

Boaespecificação

Custo, isto é, odinheiro disponível

para a proteção

Métodoutilizado no

preparosuperficial

Tipos derevestimentos

a seremutilizados

Método deaplicação

Número de camadas derevestimento e espessura

de cada camada

Dimensão e forma dos

componentesestruturais

Expectativade vida daestrutura Possibilidade de

intervenções periódicasde manutenção


35

Tabela 3: Consumíveis de soldagem e parafusos recomendados para diferentes aços.

Para soldagem de múltiplos passes, pode-se utilizar eletrodos de composição química especial

nos dois últimos filetes, que ficam, efetivamente, em contato com a atmosfera.

Para passe simples (1 cordão), pode-se utilizar eletrodos convencionais, pois haverá diluição na

poça de fusão.

(*): AÇO COR 500, COS-AR-COR, CSN-COR, ASTM A588, etc.

Jamais utilizar parafusos galvanizados em estruturas de aço patinável sem pintura,

pois, o zinco (e, posteriormente, o aço do parafuso) servirá de anodo de sacrifício

para a estrutura.

A figura 23 traz, de forma sintética, os fatores mais importantes que devem ser pré-

determinados na especificação de um sistema de proteção, assim como as variáveis

necessárias a uma boa especificação:

A Especificação de um Sistema de Proteção

Solda

ParafusoTipo de aço Eletrodorevestido

MIG/MAG Arcosubmerso

Eletrodotubular

ASTM A 572

Gr.50E7018

E7018W

E7018G

ER70S6

ER8018S-G

F7AOEM12K

F7AOEW

E70T-1

E71T-1

E70T-4

E71T8Ni1

E80T1W

ASTM A325Tipo 1

(galvanizado ou não)

ASTM A325

Tipo3

Aços

patináveis (*)em geral

De modo geral, cada caso deve ser decidido por características próprias. Entretanto, os

seguintes pontos podem ser de ajuda na tomada de decisões:

• Os requisitos de proteção são mínimos no interior de edificações condicionadas para o

conforto humano. A estrutura, imersa em tal ambiente, não requer nenhum tipo de

proteção especial;

• A durabilidade dos sistemas de pintura é em muito aumentada quando a limpeza

superficial é feita por meio do jateamento abrasivo. A limpeza manual (ou ainda a

motorizada) não oferece a mesma qualidade gerada pelo jateamento com partículas

abrasivas;

• Enquanto o jateamento abrasivo com partículas esféricas ( ) é o modo mais adequado

para a maior parte dos sistemas de pintura, o jateamento com partículas angulares ( ) é

essencial para o processo de metalização e também para algumas pinturas de fundo,

como o silicato de zinco.

O preparo de superfície constitui uma etapa importantíssima na execução da pintura, e está

diretamente ligada ao seu bom desempenho. Ele é realizado com dois objetivos principais:

• Limpeza superficial: Trata-se da remoção da superfície metálica de materiais que

possam impedir o contato direto da tinta com o aço, tais como pós, gorduras, óleos,

combustíveis, graxas, ferrugem, carepa de laminação, resíduos de tintas, etc. O nível

requerido de limpeza superficial variará de acordo com as restrições operacionais

existentes, do tempo e dos métodos disponíveis para a limpeza, do tipo de superfície

presente e do sistema de pintura escolhido, uma vez que as tintas possuem diferentes

graus de aderência sobre as superfícies metálicas;

• Ancoragem mecânica: O aumento da rugosidade superficial proporciona um aumento

da superfície de contato entre o metal e a tinta, contribuindo, desse modo, para o aumento

da aderência. A rugosidade especificada está ligada à espessura da camada seca.

Vários métodos têm sido propostos para a limpeza da superfície; eles são muito bem descritos

na Norma ISO 8501-1. Essa norma se refere, essencialmente, à aparência da superfície do aço

antes e após a limpeza manual, manual motorizada, jateamento abrasivo, etc.

O método do jateamento é muito empregado na pintura industrial, sendo também muito

comum nos fabricantes de estruturas metálicas. É feita através do impacto de partículas,

geralmente abrasivas, impelidas à alta velocidade contra a superfície a ser limpa. Esta técnica

possui duas grandes vantagens:

• Elimina todas as impurezas superficiais, permitindo o contato do revestimento com o

substrato;

1.6 - LIMPEZA SUPERFICIAL E PROTEÇÃO

1.6.1 - O preparo da superfície: porque é necessário e como é feito

shot

grit


36


37

• Confere rugosidade à superfície, permitindo a ancoragem do revestimento.

Diversos materiais podem ser utilizados como abrasivos: areia, granalha de aço, vidro, ferro

fundido, escórias e outros.

A granalha de aço é o agente abrasivo normalmente utilizado em cabines de jato fechadas.

Ela é feita de aços especiais, muito duros. O formato de suas partículas pode ser redondo

( ) ou angular ( ). As redondas podem ser recicladas até 450 vezes e deixam um perfil

bastante arredondado. As angulares podem ser recicladas até 350 vezes e deixam um perfil

anguloso e irregular.

Os padrões de grau de limpeza descritos na Norma ISO 8501-1 qualificam padrões de

jateamento usuais em nosso meio técnico:

• St 2: Limpeza manual, executada com ferramentas tais como escovas, raspadores, lixas

e palhas de aço;

• St 3: Limpeza mecânica executada com ferramentas tais como escovas rotativas,

pneumáticas ou elétricas;

• Sa 1: É o jato ligeiro (brush off). A superfície resultante deverá encontrar-se

inteiramente livre de óleos, graxas e materiais como carepa, tinta e ferrugem soltas. A

carepa e a ferrugem remanescentes poderão permanecer, desde que firmemente

aderidas. O metal deverá ser exposto ao jato abrasivo por tempo suficiente para

provocar a exposição do metal base em vários pontos da superfície sob a camada de

carepa;

• Sa 2: Chamado de jato comercial. A superfície resultante do jateamento poderá

apresentar manchas e pequenos resíduos devidos à ferrugem, carepa e tinta. Pelo

menos 2/3 da área deverá estar isenta de resíduos visíveis, enquanto o restante será

limitado pelas manchas e resíduos;

• Sa 2 ½: Chamado de jato ao metal quase branco. É definida como superfície livre de

óleo, graxa, carepa, ferrugem, tinta e outros materiais, podendo apresentar pequenas

manchas claras devidas a resíduos de ferrugem, carepa e tinta. Pelo menos 95% da área

deverão estar isenta de resíduos visíveis, sendo o restante referente aos materiais acima

mencionados;

• Sa 3: Conhecido como jato ao metal branco. Após a limpeza, o aço deverá exibir cor

metálica uniforme, branco-acinzentada, sendo removidos 100% de carepas e ferrugens.

A superfície resultante estará livre de óleos, graxas, carepa, tinta, ferrugem e de

qualquer outro depósito.

A superfície metálica deverá ser previamente lavada com água e tensoativos neutros,

esfregando-se com uma escova de nylon. Após a lavagem, secar a superfície naturalmente

ou com ar comprimido limpo (isento de óleo) e seco. Esta providência é necessária, pois as

operações de escovamento e jato não removem óleos, gorduras e sais da superfície.

shot grit

1.6.2 - Pintura: o que é e como protege

A pintura é o principal meio de proteção das estruturas metálicas.

Tintas são suspensões homogêneas de partículas sólidas (pigmentos), dispersas em um

líquido (conhecido como veículo), em presença de componentes em menores proporções,

chamados de aditivos.

Os pigmentos são pós, orgânicos ou inorgânicos, finamente divididos (aproximadamente 5

µm de diâmetro). Em suspensão na tinta líquida, são aglomerados pela resina após a

secagem, formando uma camada uniforme sobre o substrato. Os pigmentos promovem a cor,

opacidade, coesão e inibição do processo corrosivo, e também a consistência, a dureza e

resistência da película.

Alguns dos pigmentos comumente utilizados nas tintas de proteção ao aço carbono são os

seguintes:

• Fosfato de zinco. É um pigmento que, em contato com água, dissolve-se

parcialmente, liberando os ânions fosfato que passivam localmente a superfície do aço,

formando fosfatos de ferro;

• Zinco metálico. É utilizado o zinco metálico de alta pureza disperso em resinas

epoxídicas ou etil silicato. As tintas ricas em zinco são também chamadas de

“galvanização a frio”. Elas conferem proteção catódica ao substrato de aço (o zinco se

corrói, protegendo o aço processo idêntico à proteção auferida pela galvanização

tradicional). Um risco na pintura e o zinco começará a se corroer, protegendo o aço;

• Óxido de ferro. É um pigmento vermelho que não tem nenhum mecanismo de

proteção anticorrosiva por passivação, alcalinização ou proteção catódica. Entretanto,

por ser sólida e maciça, a partícula atua como barreira à difusão de espécies agressivas,

como água e oxigênio. Este pigmento é muito utilizado nas tintas de fundo, não é tóxico,

tem bom poder de tingimento e apresenta boa cobertura;

• Alumínio e outros. O alumínio lamelar e outros pigmentos também lamelares tais

como a mica, talco, óxido de ferro micáceo e certos caulins atuam pela formação de

folhas microscópicas, sobrepostas, constituindo uma barreira que dificulta a difusão de

espécies agressivas. Quanto melhor a barreira, mais durável será a tinta. A junção de

resinas bastante impermeáveis com pigmentos lamelares oferece uma ótima barreira

contra a penetração dos agentes agressivos.

Os solventes têm por finalidade dissolver a resina e, pela diminuição da viscosidade, facilitar

a aplicação da tinta. Os solventes mais comuns utilizados em tintas são os líquidos orgânicos

e a água.

Os ligantes mais comuns são as resinas e os óleos, mas também podem ser inorgânicos,

como os silicatos solúveis. Eles têm a função de envolver as partículas de pigmento e mantê-


38


las unidas entre si e o substrato. A resina proporciona impermeabilidade, continuidade e

flexibilidade à tinta, além de aderência entre esta e o substrato. As resinas se solidificam

através da simples evaporação do solvente ou pela polimerização, com ou sem a intervenção

do oxigênio do ar. Em alguns casos, a resina é frágil e não possui boa aderência. Nestes

casos, adicionam-se os chamados plastificantes, que, não sendo voláteis, permanecem na

película após a secagem.

As classificações mais comuns das tintas são feitas pelo tipo de resina empregada ou

pigmento utilizado.

As tintas de fundo, conhecidas como , são costumeiramente classificadas de acordo

com o principal pigmento anticorrosivo participante, enquanto que as tintas intermediárias e

de acabamento são usualmente classificadas de acordo com a resina empregada, como por

exemplo, epoxídicas, acrílicas, alquídicas, etc.

Os tipos de tintas mais importantes para a proteção do aço carbono, tendo como

classificação o tipo de resina, são:

• Alquídicas. Conhecidas como esmaltes sintéticos, são tintas mono componentes de

secagem ao ar. São utilizados em interiores secos e abrigados, ou em exteriores não

poluídos. Como as resinas utilizadas são saponificáveis, não resistem ao molhamento

constante, a meios alcalinos ou à imersão em água;

• Epoxídicas. São tintas bi componentes de secagem ao ar. A cura se dá pela reação

química entre os dois componentes. O componente A é, de modo geral, à base de resina

epoxídica, e o B, o agente de cura, pode ser à base de poliamida, poliamina ou

isocianato alifático. São mais impermeáveis e mais resistentes aos agentes químicos do

que as alquídicas. Resistem à umidade, imersão em água doce ou salgada, lubrificantes,

combustíveis e diversos produtos químicos. As epoxídicas à base de água têm a mesma

resistência daquelas formuladas à base de solventes orgânicos. De modo geral, não são

indicadas para a exposição ao intemperismo (ação do sol e da chuva), pois desbotam e

perdem o brilho (isto é, calcinam);

• Poliuretânicas. São tintas bi componentes em que o componente A é baseado em

resina de poliéster ou resina acrílica, e, o B, o agente de cura, é à base de isocianato

alifático. As tintas poliuretânicas acrílicas alifáticas são bastante resistentes ao

intemperismo. Assim, são indicadas para a pintura de acabamento em estruturas

expostas ao tempo. São compatíveis com epoxídicos e resistem por muitos anos

com menor perda da cor e do brilho originais;

• Acrílicas. São tintas mono componentes à base de solventes orgânicos ou de água, e,

assim como as tintas poliuretânicas, são indicadas para a pintura de acabamento. São

tintas bastante resistentes à ação do sol.

As tintas de fundo são aplicadas diretamente sobre a superfície metálica limpa. Sua

finalidade é a de promover aderência do esquema ao substrato, e contém, costumeiramente,

pigmentos inibidores de corrosão. Elas são utilizadas para a proteção dos aços estruturais e

primers

primers

39

são classificadas de acordo com os pigmentos inibidores adicionados em sua composição.

Como exemplos, temos as tintas de fundo à base de fosfato de zinco, de zinco metálico ou de

alumínio. Tintas de fundo são formuladas com altos teores de pigmentos e, por isso, são

semibrilhantes ou foscas.

Cada um destes pigmentos inibidores pode ser incorporado a certa variedade de ligantes,

gerando, por exemplo, tintas de fundo alquídicas à base de fosfato de zinco, tintas epoxídicas

à base de fosfato de zinco, etc.

Tintas intermediárias não possuem as mesmas propriedades das tintas de fundo

anticorrosivas, mas auxiliam na proteção, fornecendo espessura ao sistema de pintura

empregado (isto é, proteção por barreira). De modo geral, quanto mais espessa a camada

seca, maior a vida útil do revestimento, assim, várias demãos poderão ser aplicadas, até que

se atinja a espessura adequada.

Tintas intermediárias e de acabamento são, normalmente, classificadas de acordo com seus

ligantes, como, por exemplo, as epoxídicas, vinílicas, poliuretânicas, etc.

As tintas de acabamento têm a função de proteger o sistema frente ao meio ambiente e

também dar a cor e brilho adequados. Elas devem ser resistentes ao intemperismo, a

agentes químicos e ter cores estáveis. De modo geral, são tintas brilhantes com boa

resistência à perda de cor e brilho.

As várias camadas de pintura devem, naturalmente, ser compatíveis entre si. Eles podem

pertencer à mesma família ou podem ser muito diferentes. Uma precaução que sempre deve

ser adotada é a de todas as tintas do sistema devem preferencialmente pertencer ao mesmo

fabricante. Isso minimizará a possibilidade de ocorrência futura de defeitos tais como a

delaminação (descolamento).

Os aditivos melhoram certas propriedades específicas das tintas. Existem aditivos antinata,

secantes, plastificantes, antimofo, anti-sedimentantes, nivelantes, tixotrópicos, etc.

Um mesmo aço, pintado com tipos diferentes de tintas, pode apresentar comportamento

muito diferenciado quando exposto ao mesmo meio agressivo.

Esta diferença pode ser explicada admitindo-se que as tintas empregadas tenham diferentes

mecanismos de ação contra a corrosão. Estes mecanismos, de maneira geral, são

classificados em:

• Proteção por barreira: A tinta deve ser a mais impermeável possível e aplicada em

espessuras elevadas. Tintas de alta espessura, chamadas de HB ( ) tem como

vantagem a economia de mão-de-obra para a aplicação. Além das tintas de alta

espessura, as que oferecem melhor proteção por barreira são as betuminosas e as de

alumínio. O inconveniente da proteção por barreira é que, se houver um dano à película,

a corrosão se alastrará sob esta por aeração diferencial. Assim, é sempre recomendável

que se utilizem tintas de fundo com mecanismos de proteção catódica ou anódica;

high build


40


41

• Proteção anódica: A proteção das regiões anódicas é proporcionada pelos pigmentos

anticorrosivos, todos de caráter oxidante. A proteção pode ser dada através da

dissolução do pigmento ou por ação oxidante;

• Proteção catódica: A proteção é dada através da formação de pares galvânicos entre

o aço carbono e partículas de zinco em pó (são as chamadas tintas ricas em zinco).

Nestas, o zinco se corrói, protegendo o substrato de aço carbono. O teor mínimo

recomendável de zinco na película seca é de 85%, pois o contato elétrico é fundamental

à manutenção da proteção.

Na elaboração de um sistema de pintura, todos as variáveis devem ser consideradas, tais

como o ambiente, substrato, preparação de superfície, tintas, seqüência de aplicação,

número de demãos, espessuras, tipos de aplicação e a que condições de trabalho estará

submetida a superfície. Quanto melhor o preparo de superfície e maior a espessura, mais

duradoura será a proteção que o sistema oferecerá ao aço. O bom preparo de superfície

custa mais, porém a pintura durará mais.

A Figura 24 traz sugestões de preparo de superfície e sistemas de pinturas adequados à

proteção do aço em diversos ambientes. As orientações aqui apresentadas são genéricas,

cabendo ao profissional uma consulta prévia e detalhada com os fabricantes de tintas e

aplicadores.

A escolha é baseada no grau de agressividade da atmosfera aliado ao tipo de exposição que

as estruturas estarão submetidas, isto é, estruturas abrigadas (interiores) ou expostas

(exteriores). Informações suplementares podem ser encontradas no folder de pintura da

Perfis Estrutrais Gerdau ( ).

Algumas observações importantes devem ser consideradas antes mesmo da definição do

sistema:

• Os componentes pintados devem ser estocados corretamente. Não deixe os

componentes diretamente sobre o solo; separe-os por pedaços de madeira, permitindo

a circulação do ar. Cubra-os, se necessário;

• Componentes galvanizados que apresentem “corrosão branca”, provocada,

normalmente, pela estocagem incorreta, devem ser limpos com escova de aço e lavados

com água antes da pintura. Parafusos galvanizados devem ser utilizados

preferencialmente em estruturas galvanizadas.

http://www.gerdau.com.br

Verifique se a aplicação de proteção contra fogo é requerida. Em caso afirmativo,

peça ajuda ao fabricante ou aplicador do sistema de proteção frente ao fogo.

for o caso, uma única proteção poderá atender aos dois requerimentos.

1.6.3 - Galvanização a quente na proteção de estruturas

Galvanização a fogo (por vezes chamada de galvanização a quente) é um processo de

aplicação de revestimentos de zinco a componentes de aço ou ferro fundido através da

imersão do componente em um banho de zinco fundido. A simplicidade do processo de

galvanização a fogo é uma vantagem sobre outros métodos de proteção contra corrosão.

As principais vantagens da galvanização a fogo são apresentadas abaixo:

Custo inicial inferior. A galvanização a fogo, de modo geral, possui custos muito

competitivos quando comparados a outras formas de proteção especificadas na proteção do

aço. O custo de aplicação de revestimentos que requerem mão de obra intensiva, como a

pintura, tem crescido mais do que os custos de aplicação (em fábrica) da galvanização a fogo.

Pequena manutenção/custo menor a longo prazo. Mesmo nos casos onde o custo

inicial da galvanização a fogo é maior do que revestimentos alternativos, a galvanização

apresenta menores custos de manutenção ao longo da vida útil do componente/estrutura. A

manutenção é ainda mais cara quando as estruturas estão localizadas em áreas remotas.

Vida longa. A expectativa de vida de revestimentos galvanizados aplicados sobre

componentes estruturais excede os 40 anos na maior parte dos ambientes rurais, e se situa

entre 10 a 30 anos na maior parte dos ambientes agressivos, urbanos e costeiros.

Preparo superficial. A imersão em ácido, como pré-tratamento, garante a limpeza

uniforme das superfícies de aço. Em contraste, revestimentos orgânicos tradicionais devem

ser aplicados sobre superfícies limpas com jato abrasivo (em geral, em grau Sa 2 ½, ou

superior) e inspecionadas. Adicionalmente, a aplicação de revestimentos orgânicos é limitada

em termos das condições ambientais e umidade relativa na época da aplicação. Isto adiciona

custo na aplicação de um sistema de pintura robusto.

Adesão. O revestimento obtido através da galvanização a fogo está ligado metalurgicamente

ao substrato de aço.

Contaminação ambiental. O revestimento não é tóxico e não contém substâncias voláteis.

Velocidade na aplicação do revestimento. Um revestimento protetor é aplicado em

minutos. Um sistema de pintura tradicional pode levar vários dias. A aplicação do

revestimento galvanizado não depende das condições do tempo.

Proteção uniforme. Todas as superfícies de um componente galvanizado a fogo são

protegidas tanto internamente quanto externamente, incluindo rebaixos, cantos-vivos e

áreas inacessíveis à aplicação de outros métodos de revestimento. A Figura 2 ilustra este

conceito.

Proteção de sacrifício em áreas danificadas. Como dito anteriormente, o revestimento

de sacrifício fornece proteção catódica às pequenas áreas de aço expostas à atmosfera,

como poros e riscos. Diferentemente dos revestimentos orgânicos, pequenas áreas


42

43


danificadas não necessitam de retoques; a corrosão sob o revestimento não é possível

quando se utilizam revestimentos de sacrifício.

A técnica, entretanto, também possui algumas desvantagens. As principais podem ser

descritas como:

A galvanização a fogo não pode ser feita no canteiro de obras. O processo só pode

ser feito em uma unidade industrial, a galvanizadora.

A coloração do zinco somente pode ser alterada através da pintura.

As dimensões dos componentes ou estrutura a galvanizar são limitadas pelas

dimensões da cuba de zinco líquido.

A alta temperatura do banho pode causar distorções em certos componentes.

Existe o risco de que, painéis grandes e planos, não enrijecidos, possam sofrer distorções,

assim como o empenamento de perfis I, H ou U, de grandes dimensões e pequena espessura

de alma/mesas. Um bom projeto aliado à boa prática de galvanização previne as distorções.

A soldagem de componentes de aço galvanizados a fogo pode demandar

procedimentos diferentes daqueles demandados pelos aços não revestidos. A

soldagem de componentes galvanizados resultará na perda, em algum nível, de parte da

camada de revestimento. A camada é volatilizada durante o processo. Torna-se necessário,

assim, o recondicionamento do revestimento ao longo do cordão de solda e áreas

adjacentes, através da metalização, da utilização de tintas ricas em zinco ou outro método.

É importante ressaltar que existem situações em que a pintura é a forma mais econômica de

proteção e situações em que a galvanização deve ser o caminho escolhido. Não tenha idéias

pré-concebidas a respeito de um ou outro sistema. Não se deve esquecer que o zinco pode

ser pintado, com vantagens. O tempo total de proteção quando se usa galvanização mais

pintura, é sempre maior que a soma dos tempos obtidos pelos dois sistemas usados

individualmente – há sinergia.


44

Figura 24: Sistemas de pintura recomendados para ambientes de diferente

agressividade. As espessuras das camadas de tinta prescritas nas tabelas

são valores nominais de base seca (1µm = 0,001mm).

Notas relativas ao emprego da Figura 28: <1>-Uma edificação pode conter ambientes de diferentes agressividades; <2>-A durabilidade do revestimento galvanizado e pintado refere-se somente à pintura.

Exemplos de ambiente típicos

Exterior

–

Interior

Edificações aquecidas com atmosferas limpas

(escritório, lojas, escolas, hotéis, etc.)

Áreas costeiras e offshore com alta salinidade.

Áreas industriais com alta umidadee atmosfera agressiva.

Áreas industriais e costeiras comsalinidade moderada.

Atmosferas urbanas e industriais com poluição moderada por dióxido de enxofre.

Áreas costeiras de baixa salinidade.

Atmosferas com baixo nível de poluição. A maior parte das áreas rurais.

Edificações ou áreas com condensaçãoquase que permanente e com

alta poluição.

Edificações ou áreas com condensaçãoquase que permanente e com

alta poluição.

Indústrias químicas, piscinas, etc.

Ambiente industriais com alta umidadee alguma poluição atmosférica

(lavanderias, cervejarias, laticínios, etc.)

Edificações sem aquecimento, onde a condensação é possível (armazéns,

ginásios, cobertos, etc.)

Agressividade doambiente

(ISO 12944 Part 2)

Perda de espessura, µm (após um ano)

Aço carbono Zinco

C1muito baixa

C2baixa

C3média

C4alta

C5-1muito alta industrial

C5-Mmuito alta marinha

1,3

>50 a 200

>50 a 200

>50 a 80

>25 a 50

>1,3 a 25

0,1

>4,2 a 8,4

>4,2 a 8,4

>2,1 a 4,2

>0,7 a 2,1

>0,1 a 0,7

Consulte o de pintura da Gerdau

folder

Consulte umespecialista

Galvanização aquente 85µm

Primer epóxi-isocianato/75µm

Epoxidica/100µm Poliuretânica/75µm 200 10


Durabilidadeestimada, anos

Espessuratotal seca µm

Tinta de acabamento

Tinta intermediáriaTinta de fundo

Preparo superficialmínimo

Sistema de pinturaaplicado no

C4alta

Poliuretânica/75µmEpoxi-Zn/75µm Epoxi MIO/2x100µm 350 20Sa 2 1/2Fabricante

Fabricante


Durabilidadeestimada, anos

Espessuratotal seca µm

Tinta de acabamento

Tinta intermediária

Tinta de fundoPreparo superficial

mínimo (ISO 85010)Sistema de pintura

aplicado no

C1muito baixa

C2baixa

C3média

C4alta

C5muito alta industrial

C6muito alta marinha

Fabricante Sa 2 1/2

Alquidica/50µm Alquidica/50µm

Alquidica/50µm

Poliuretano acrílicoalifático/1x50µm




100

125

175

200

300

300

Epox tolerante àSuperfície/75µm

Epoxdica/125µm

Epoxdica/175µm

Epox tolerante àSuperfície/125µm

Epoxdica/150µm

Epox rico em Zinco/75µm

Epoxdica/125µm

Sa 2 1/2

Sa 2 1/2

Sa 2 1/2

Sa 2 1/2

Sa 2 1/2

S1 2

S1 2

Fabricante

Canteiro

Canteiro

Fabricante

Fabricante

Fabricante

Fabricante

–

–

–

–

5 - 15

5 - 15

5 - 15

5 - 15

5 - 15

5 - 15

5 - 15

5 - 15

"Estruturas externas"

"Coberturas de piscinas"

Consulte o de pintura, na íntegra, no website da Gerdau:http://www.gerdau.com.br

folder

ESTRUTURAS EMSITUAÇÃO DE INCÊNDIO

2


47

2.1 - ESTRUTURAS EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO - INTRODUÇÃO

Os objetivos fundamentais da segurança contra incêndio são: <1> minimizar o risco à vida,

e, <2> reduzir a perda patrimonial. Entende-se como risco à vida, a exposição severa dos

usuários da edificação à fumaça ou ao calor e, em menor nível, ao desabamento de

elementos construtivos sobre os usuários ou equipe de combate. A principal causa de óbitos,

em incêndio, é a exposição à fumaça tóxica ou asfixiante que ocorre nos primeiros momentos

do sinistro. Assim, a segurança à vida depende prioritariamente da rápida desocupação do

ambiente.

Edifícios de pequeno porte, de fácil desocupação, exigem menos dispositivos de segurança e

a verificação da estrutura em situação de incêndio pode ser dispensada. Edifícios de maior

porte, em que há dificuldade de se avaliar o tempo para desocupação e que um eventual

desabamento pode afetar a vizinhança ou a equipe de combate, exigem maior segurança e

verificação das estruturas em incêndio.

Todos os materiais estruturais de uso comum, tais como concreto, aço, madeira ou alumínio

apresentam profundas alterações em suas propriedades quando sujeitos às altas

temperaturas, como as que ocorrem em um incêndio (figuras 25 a 28). Assim, para que se

possa atingir os objetivos fundamentais da segurança contra incêndio, mencionados

anteriormente, torna-se fundamental a avaliação da resistência das estruturas sob ação das

altas temperaturas. As edificações devem possuir uma resistência ao fogo que permita a

desocupação dos ocupantes e a segurança dos bombeiros durante um período de tempo

considerado adequado.

0 200 400 600 800 1000 1200-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

TEMPERATURA, °C

RE

SIS

TÊ

NC

IA R

ELA

TIV

A

AÇO

CONCRETO

ALUMÍNIO

Figura 25: Todos os materiais estruturais perdem resistência e rigidez quando

aquecidos.

0 200 400 600 800 1000 1200-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

TEMPERATURA, °C

RE

SIS

TÊ

NC

IA R

ELA

TIV

A

AÇO

CONCRETO

ALUMÍNIO

Quando um incêndio é deflagrado em uma edificação, a sua ação se faz sentir nos elementos

estruturais em maior ou menor intensidade, dependendo de onde o fogo se concentra. Toda

a estrutura do edifício encontra-se sob a ação do peso próprio e sobrecargas, de forma que,

no início do incêndio, a mesma está submetida a certo estado inicial de tensões e, portanto, a

um determinado estado de deformações. A este estado inicial de tensões vem sobrepor-se

um novo estado de tensões, resultante do aquecimento diferencial a que os elementos

estruturais ficam submetidos.

De fato, os vários elementos constituintes da estrutura de um edifício encontram-se mais ou

menos rigidamente interligados e, quando alguns deles são mais aquecidos do que outros, as

respectivas dilatações térmicas são restringidas, dando origem a um novo estado de tensões,

variável no tempo, à medida que o incêndio se desenvolve.

A sobreposição, deste estado de tensões com o estado de tensões inicial, dá origem a um

estado de deformações, que é também variável no tempo. Somando-se a tudo isto, temos a

degradação (térmica) das propriedades mecânicas dos materiais que constituem os

elementos estruturais. Significa dizer, por exemplo, que um elemento sujeito a um estado de

tensões que permaneça constante, poderá ter sua capacidade resistente esgotada ao fim de

certo período de tempo. A ação do incêndio não se faz sentir unicamente nos elementos

diretamente sob a ação do fogo. Em certas situações, elementos relativamente afastados do

compartimento de incêndio poderão ser os primeiros a entrar em colapso, em virtude do

estado de tensões que as deformações de origem térmica da zona diretamente aquecida

impõem ao resto da estrutura.

As medidas de segurança e proteção contra incêndio podem se classificar em ativas e

passivas. As medidas ativas prevêem a existência de meios adequados ao salvamento das

2.1.1 - Segurança e Proteção

Figura 26 – Efeito do incêndio

em elemento isolado de aço.

Figura 27 – Lascamento

explosivo (spalling) em pilar

de concreto.

Figura 28 - Carbonização de

pilar de madeira.


48


49

pessoas, começando pelo próprio projeto arquitetônico (corredores e escadas amplas, zonas

limpas de gases tóxicos, etc.). Estas medidas também visam reduzir a probabilidade de

ocorrência de incêndios severos, através da atuação em suas causas acidentais e da

detecção de focos e limitações das possibilidades de propagação.

As medidas de proteção passivas visam reduzir a probabilidade de colapso estrutural sempre

que ocorra um incêndio severo. Essa probabilidade depende da resistência de um elemento

de construção à ação do fogo por determinado período de tempo, mantendo sua segurança

estrutural (estabilidade, estanqueidade e isolamento). A figura 29 ilustra o conceito.

Resistência ao fogo é usualmente expressa em termos de atendimento aos ensaios descritos

pela NBR 5628. Ele é uma medida do tempo transcorrido antes que um elemento construtivo

exceda limites especificados para a capacidade de suportar cargas (estabilidade), isolamento

e estanqueidade. As características do relacionamento tempo-temperatura para o ensaio (o

chamado incêndio-padrão) é ilustrado na figura 30(a).

Como visto, todos os materiais perdem resistência e rigidez quando aquecidos. A resistência

mecânica dos aços estruturais tem sido muito bem estudada; é fato conhecido que, à

temperatura de 550ºC, o aço estrutural reterá 60% da resistência apresentada à

temperatura ambiente (figura 30(b)). Isto é um ponto importante. Antes da introdução do

conceito dos estados limites, quando o conceito de tensões admissíveis era utilizado como

base para o projeto, a máxima tensão permitida para um componente era cerca de 60% de

sua resistência à temperatura ambiente. Isto levou ao conceito de que 550ºC seria a máxima

temperatura (ou “temperatura crítica”) que uma estrutura de aço, sem proteção, poderia

resistir antes do colapso.

2.2 - RESISTÊNCIA DOS COMPONENTES DE AÇO AO FOGO

isolamento

estabilidade

estanqueidade

Figura 29: Propriedades de resistência ao fogo de elementos estruturais e de

compartimentação.


50

Pesquisas internacionais recentes tem mostrado, entretanto, que a temperatura limite

(“temperatura crítica”) de um componente estrutural não é um valor fixado em 550°C, mas

varia de acordo com o perfil de temperaturas ao longo do componente (isto é, seu gradiente

térmico), com seu fator de massividade e com a carga aplicada.

Estruturas de aço são altamente resistentes ao fogo. Uma série de artigos técnicos tem

demonstrado esse fato. Entretanto, um dos pontos mais importantes nos projetos de

construção civil é reduzir o risco de incêndio e, caso estes ocorram, aumentar o tempo de

início de deformação da estrutura, conferindo, assim, maior segurança a estas construções.

Esta é a razão do estabelecimento, em muitos países, de exigências mínimas de resistência

ao fogo para os componentes estruturais. Estas normas de “segurança contra incêndio”, em

geral, levam em consideração uma temperatura crítica na qual o aço perde uma proporção

significativa de sua resistência mecânica ou atinge um estado limite de deformações ou de

tensões, ou seja, uma temperatura que represente uma condição de falha, que pode

representar o colapso da estrutura.

Usualmente, refere-se também a um tempo de resistência ao fogo, ou seja, ao tempo para

que a temperatura crítica, ou condição de falha, seja alcançada.

A Norma Brasileira NBR 14432 estabelece as condições a serem atendidas pelos elementos

estruturais (aço, concreto, madeira, etc.) e de compartimentação que integram os edifícios

para que, em situação de incêndio, seja evitado o colapso estrutural. Ela se aplica a

elementos estruturais de concreto, aço, madeira, etc.As exigências desta norma são dadas em temos de “Tempos Requeridos de Resistência ao

Fogo”, também conhecidos como “TRRF”. O TRRF é definido na própria norma como sendo o

“tempo mínimo de resistência ao fogo de um elemento construtivo quando sujeito a um

ensaio padronizado”; este ensaio padronizado é conhecido como incêndio-padrão.

2.3 - AS NORMAS BRASILEIRAS

Figura 30: (a) Curva de aquecimento do forno segundo o “incêndio-padrão”, descrito

pela NBR 5628, e, (b) Decréscimo da resistência do aço estrutural em função

da temperatura.

(a) (b)

NBR 5628:1980 Propriedades do aço em altas temperaturas

Tem

pera

tura

, °C

Temperatura, °CTempo minutos

Razã

o d

e r

eis

tênci

as

(vers

us

25°C

)

0

200

200

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120 0 200 400 600 800 1000 1200 14000.0

0.2

0.2

0.6

0.8

1.0

A Norma fornece uma Tabela, resumida abaixo (a figura 31), com recomendações

consagradas, fruto do consenso da sociedade, de TRRF exigidos para cada componente

estrutural e de compartimentação que integram a edificação.

Para se ter uma noção da severidade da exigência, um TRRF de 30 minutos equivale a dizer

que a estrutura deve permanecer estável por trinta minutos enquanto a atmosfera ao seu

redor está a aproximadamente a 820°C (1 hora significa 930°C e 2 horas 1030°C). Quanto

maior a resistência requerida, maior a temperatura que a estrutura deve resistir sem que

ocorra o colapso.

À medida que o risco à vida humana é considerado maior, devido à ocupação, altura do

edifício, etc., a exigência torna-se mais rigorosa e maior será o TRRF.

A Norma aceita, como alternativa, o uso de qualquer método cientificamente confirmado ou

normatizado, como o Método do Tempo Equivalente, a Análise de Risco como a proposta por

Gretener ou ainda métodos avançados de engenharia, chamados em conjunto de

“engenharia de segurança contra incêndio”.

Os aspectos mais importantes da NBR 14432:2000 são os seguintes:

• Os períodos de resistência ao fogo são baseados na altura da edificação e na sua

ocupação. Altura da edificação é definida como a distância compreendida entre o ponto

que caracteriza a saída situada no nível de descarga do prédio e o piso do último

pavimento, excetuando-se zeladorias, barrilete, casa de máquinas, piso técnico e pisos

sem permanência humana (figura 32);


51

Figura 31: Resumo dos Tempos Requeridos de Resistência ao Fogo, como prescrito

pela NBR 14432.

JAN 2000 NBR 14432

Exigências de resistência ao fogode elementos construtivos deedificações - Procedimento

Origem: Projeto 24:301.06-002:1999ABNT/CB-24 - Comitê Brasileiro de Segurança contra IncêndioCE-24:301.06 - Comissão de Estudo de Segurança das Estruturas emSituação de IncêndioNBR 14432 - Fire-resistance requirements for building constructionelements - ProcedureDescriptors: Fire. Building. Safety. StructureVálida a partir de 29.02.2000

Palavras-chave: Incêndio. Segurança. Edificação.Estrutura 14 páginas

Sumário1 Objetivo2 Referências normativas3 Definições4 Símbolos5 Métodos para atendimento das exigências de resistência ao fogo6 Elementos estruturais livres da ação do incêndio7 Critérios de resistência ao fogo8 Tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF)9 Ocupação mista10 Elementos estruturais de coberturaANEXOSA Tempos requeridos de resistência ao fogo (TRRF)B Classificação das edificações quanto à sua ocupaçãoC Cargas de incêndio específicasD Condições construtivas para edificações das divisões G-1 e G-2 estruturadas em aço

Prefácio

A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujoconteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ONS),são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendoparte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros).

Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ONS, circulam para Consulta Pública entre osassociados da ABNT e demais interessados.

Esta Norma contém os anexos A, B, C e D, de caráter normativo.

1 Objetivo

1.1 Esta Norma estabelece as condições a serem atendidas pelos elementos estruturais e de compartimentação que inte-gram os edifícios para que, em situação de incêndio, seja evitado o colapso estrutural. Para os elementos de compar-timentação, devem ser atendidos requisitos de estanqueidade e isolamento por um tempo suficiente para possibilitar:

a) fuga dos ocupantes da edificação em condições de segurança;

b) segurança das operações de combate ao incêndio;

c) minimização de danos a edificações adjacentes e à infra-estrutura pública.

Sede:Rio de JaneiroAv. Treze de Maio, 13 - 28º andarCEP 20003-900 - Caixa Postal 1680Rio de Janeiro - RJTel.: PABX (21) 210-3122Fax: (21) 220-1762/220-6436Endereço eletrônico:www.abnt.org.br

ABNT - AssociaçãoBrasileira deNormas Técnicas

Copyright © 2000,ABNT–Associação Brasileira deNormas TécnicasPrinted in Brazil/Impresso no BrasilTodos os direitos reservados

NBR 14432:2000 "Exigências de resistência ao fogo de elementos

construtivos de edificações - Procedimento"

Depósitos(baixo risco)

Indústrias(q < 1200MJ/m²)n

Garagem não aberta

lateralmente

Garagem abertalateralmente

Escolas

Escritórios

Comercialvarejista

Hotéis

Residências

N° aproximadode andares

NBR 14432:2000Altura de edificação - metros

Tempo Requerido de Resistência ao Fogo, em minutos

≤ 6 6 < h ≤ 12 12 < h ≤ 23 23 < h ≤ 30 h > 30

2

30

30

60 (30)

30

30

30

30

30

30

30

60 (30)

60 (30)

60 (30)

30

30

60 (30)

30

30

60

60

60

60

60

60

60

60

60

90

90

90

90

90

90

90

90

90

120

120

120

120

120

60

120

120

60

2 a 4 4 a 8 8 a 11 11+

• Os tempos entre parênteses existentes na tabela de Tempos Requeridos de Resistência ao

Fogo (TRRF), parcialmente reproduzidos na figura 31, podem ser utilizados em

edificações nas quais cada pavimento acima do solo tenha área menor ou igual a 750m²;

• O maior TRRF é de 120 minutos;

• Estão isentas dos requisitos de resistência ao fogo certa variedade de edificações,

descritas na figura 33. É importante recorrer à norma original, para que se possam

compreender detalhes construtivos adicionais, necessários à obtenção da isenção.

Apesar de a NBR 14432 ser válida para todo o Brasil, é importante verificar a existência de

algum regulamento local específico.


52

Figura 32: Definição de altura da edificação, como definido na NBR 14432:2000.

Figura 33: Edificações isentas de verificação, segundo a NBR 14432.

Altura:distância

entre o nívelde descargae o piso do

últimopavimento.

Garagem sem acesso público e sem abastecimento (garagem automáticas), garagens com acesso de público e sem abastecimento, com altura menor ou igual a 30 m, abertas lateralmente, e que atenda às condições construtivas do Anexo D da Norma (vigas principais e secundárias devem ser construídas como vigas mistas, utilizando-se conectores de cisalhamento etc.).

Edificações térreas. Galpões industriais com carga específica de incêndio menor ou igual a 1.200 MJ/m² e depósitos com carga específica de incêndio menor ou igual a 2.000 MJ/m². Estas edificações estarão isentas, para qualquer carga específica de incêndio, desde que providas de chuveiros automáticos ou se tiveram área total menor ou igual a 5.000 m², com pelo menos duas fachadas de aproximação que perfaçam, no mínimo, 50% do perímetro.

Centros esportivos (estádios, ginásios, piscinas com arquibancadas, arenas), estações e terminais de passageiros (estações rodoferroviárias, aeroportos, estações de transbordo) e construções provisórias (circos assemelhados) com altura menor ou igual a 23 m, exceto as regiões de ocupação distinta.

Edificações com até dois pavimentos com área menor ou igual a 1.500m² e que possuem carga específica de incêndio menor ou igual a 1.000 MJ/m².

Edificações cuja área seja menor ou igual a 750m²

2.4 - MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO

2.4.1 - O Aço Parcialmente Protegido

Ensaios realizados por todo o mundo têm mostrado que os componentes estruturais que não

estão totalmente expostos ao fogo podem exibir um nível substancial de resistência ao fogo,

sem o emprego de materiais de proteção antitérmica “tradicionais”. Vários métodos têm sido

desenvolvidos, utilizando este efeito, que permitem atingir tempos de resistência ao fogo de

30 e 60 minutos. Quando tempos maiores de resistência ao fogo forem requeridos, uma

redução da espessura do material de proteção antitérmica “tradicional” ainda pode ser

aplicada ao aço, pois o perímetro aquecido torna-se menor do que aquele observado no caso

de exposição completa. Assim, a utilização de componentes parcialmente protegidos pode

propiciar grande economia.

Existem, basicamente, três modos de aplicação deste princípio:

• Pilares preenchidos com blocos (figura 34). Pode-se atingir 30 minutos de resistência ao

fogo através do uso de blocos de concreto celular autoclavado cimentados entre as

mesas de perfis laminados. Períodos maiores de resistência ao fogo podem ser obtidos

pela proteção das mesas expostas com materiais de proteção antitérmica “tradicionais”;

• Pilares preenchidos com concreto (figura 35). Pode-se atingir 60 minutos de resistência

ao fogo quando concreto moldado “in loco” é utilizado para o preenchimento do volume

existente entre as mesas do pilar. Utiliza-se, neste caso, para a fixação, conectores de

cisalhamento conectados à alma do perfil. A capacidade de carregamento do concreto é

ignorada no projeto do pilar, mas, em situação de incêndio, conforme o aço vai

perdendo resistência em altas temperaturas, a carga vai sendo continuamente

transferida das mesas do perfil para o concreto, de modo progressivo. Esta medida

fornece estabilidade do componente por até 60 minutos. A região da conexão, no topo

do pilar, é protegida como no restante do componente;


53

Figura 34: Pilar protegido com concreto celular autoclavado.

• Vigas utilizando cantoneiras presas à alma (figura 36). Vigas contendo cantoneiras

soldadas ou parafusadas na alma, suportando a laje de piso, podem suportar até 60

minutos de fogo. Esta geometria protege a parte superior da viga do incêndio, enquanto

que a parte inferior continua exposta. A resistência ao fogo aumenta conforme as

cantoneiras são movidas para regiões inferiores da mesa, atingindo, assim, os 60

minutos de resistência ao fogo.

A resistência ao fogo de certo componente é expressa em unidades de tempo. Desse modo,

um dos fatores que contribuem à resistência ao fogo é a velocidade com que um componente

é aquecido. Esta velocidade governa o tempo que se leva para atingir a temperatura de

colapso (ou temperatura crítica) do componente. A velocidade de aquecimento varia de

acordo com as dimensões da seção.

Uma seção robusta será aquecida mais lentamente do que uma seção esbelta. Há certa

inércia no aquecimento de elementos mais “pesados” do que no aquecimento de elementos

mais “leves”. Este efeito de massividade é quantificado pelo conceito de “Fator de

Massividade”:

Fator de Massividade, (m-1) = [perímetro exposto ao fogo, m]/[área da seção transversal,

m²]

A figura 37 ilustra o conceito de “Fator de Massividade”.

2.4.2 - Aplicação de materiais de Proteção Antitérmica “Tradicionais”


54

Figura 35: Pilar protegido com concreto

moldado in loco.

Figura 36: Vigas utilizando cantoneiras

presas à alma.

Um exemplo deste conceito é ilustrado na Figura 38, que mostra a velocidade de

aquecimento para três perfis metálicos não protegidos, quando submetidos ao ensaio

denominado “incêndio padrão”. Como seções mais robustas (baixo “Fator de Massividade”)

se aquecem mais lentamente do que seções mais esbeltas (alto “Fator de Massividade”), uma

seção mais robusta necessitará de menos materiais de proteção antitérmica ( “proteção

passiva”) do que uma seção esbelta, para atingir a mesma resistência ao fogo.

∼∼


55

Figura 37: O conceito de “Fator de Massividade”

Figura 38: Curvas de velocidade de aquecimento de três diferentes perfis

estruturais não protegidos, durante o ensaio do incêndio-padrão.

Alto fator demassividade

=aquecimento

rápido

Baixo fator demassividade

=aquecimento

lento

Incêndio-padrão

-161 m

-1110 m

-1264 m

Te

mp

era

tura

, °C

Tempo, minutos

00 20 40 60 80 100 120

200

400

600

800

1000

1200

Curva de aquecimento do forno

-1Fator de massividade = 264 m



2.4.3 - Perfis Laminados I e H

Quando materiais de proteção antitérmica ( proteção passiva) são necessários para o

atendimento da resistência ao fogo exigido pela norma, a espessura a ser aplicada pode ser

determinada a partir dos dados publicados pelos fabricantes de materiais de proteção

antitérmica. Muitos destes dados podem ser encontrados na internet. Como exemplo,

citamos uma publicação inglesa, conhecida como “Yellow Book”. Ela é publicada pela

Association of Specialist Fire Protection (ASFP) e The Steel Construction Institute (SCI), e traz

informações (as “cartas de cobertura”) de um grande número de materiais utilizados na

Inglaterra. Como vários dos produtos lá descritos são importados e por aqui comercializados

(ou mesmo aqui fabricados, sob licença), as informações disponíveis podem ser de utilidade.

As recomendações dos fabricantes de materiais de proteção antitérmica relacionam a

espessura da proteção ao Fator de Massividade de dado componente, para um Tempo

Requerido de Resistência ao Fogo. De modo geral, as recomendações são derivadas das

normas NBR 5628, BS 476 ou ASTM E 119. O conceito por trás da proteção é o de restringir a

temperatura dos componentes de aço submetidos a incêndio a 550°C - ou outra temperatura

especificada. Assim, quando houver dados disponíveis de fabricantes para outras

temperaturas, eles poderão ser utilizados, trazendo possivelmente alguma economia com

materiais de proteção.

Valores típicos de Fator de Massividade, para perfis estruturais I e H utilizados na construção -1

civil, estão situados na faixa de 20 a 325 m . Os perfis Gerdau Açominas possuem Fatores de -1

Massividade que variam entre 400 m (W250x13,0, utilizado como pilar, onde os quatro lados -1são expostos ao fogo, tendo como proteção térmica um material projetado) e 70 m

(W610x174,0, utilizado como viga, com três lados expostos ao fogo, tendo como proteção

térmica uma caixa).

A figura 39 ilustra as quatro configurações de proteção para um perfil W250x32,7. Para se

determinar a espessura de, p.ex., um material projetado, para uma condição de uso do

W250x32,7 como viga (três lados expostos), e para uma hora de resistência ao fogo, -1

devemos primeiramente definir o Fator de Massividade – no caso, 220m . Em seguida,

devemos buscar as cartas de cobertura das argamassas projetadas disponíveis no Brasil.

Como exemplo, a Tabela 4 mostra uma das cartas de cobertura destes materiais. Ela foi

retirada do “Yellow Book” inglês.


56

A observação da Tabela 4 mostra que, para um perfil W250x32,7, utilizado como viga (isto é,

três lados expostos), para um Tempo Requerido de Resistência ao Fogo de uma hora,

deveremos aplicar a argamassa projetada na espessura seca de 16 mm. O mesmo tipo

cálculo deve ser feito para todos os componentes estruturais da edificação.

Este procedimento fornece um método simples para o estabelecimento da proteção dos

componentes estruturais de uma edificação.

Perfis castelados e celulares necessitam de proteção extra. A espessura do material de

proteção deve ser 20% maior do que aquela determinada para o fator de massividade do

perfil original, anterior ao corte e solda. Isto é válido para placas rígidas ou semi-rígidas e

para materiais projetados.

O perfil W250x32,7 do exemplo anterior, se transformado em um perfil castelado ou celular,

receberá 1,2 x 16 = 19,2 mm (arredondado a 20 mm) de argamassa projetada.

Esta regra dos 20% não é adequada ao uso com tintas intumescentes, e estudos recentes

tem mostrado que a quantidade de proteção adicional é específica a um dado produto.

Assim, deve-se consultar o fabricante da tinta intumescente utilizada para saber quanta tinta

a mais deverá ser aplicada nestes casos.


57

Figura 39: As quatro mais comuns configurações de proteção para o cálculo do Fator de Massividade.

Viga - proteção em 3 lados - argamassa projetada-1

Fator de massividade = 220 mPilar - proteção em 4 lados - argamassa projetada


Viga - proteção em 3 lados - caixa-1

Fator de massividade = 157 mPilar - proteção em 4 lados - caixa


Tabela 4: Carta de cobertura para uma argamassa projetada.

Os dados foram retirados da publicação “Yellow Book”.

Materiais utilizados na proteção antitérmica “tradicionais” (também chamados de materiais

de “proteção passiva”) isolam a estrutura de aço dos efeitos das altas temperaturas que

podem ser geradas por um incêndio. Eles podem ser divididos em três grupos, como

materiais projetados, materiais rígidos ou semi-rígidos e materiais intumescentes:

• Materiais projetados. É uma das formas mais baratas de proteção. Suas principais

características são:

- Custo. A proteção por materiais projetados custa, de modo geral, menos do que o

menor custo do concorrente mais próximo (que são os materiais rígidos ou semi-

rígidos). Como o custo do produto é pequeno em relação à mão de obra empregada, o

custo não cresce na proporção do aumento dos tempos de resistência ao fogo;

- Aplicação. É muito simples cobrir detalhes complexos;

- Durabilidade: Não exigem nenhum tipo de manutenção ao longo do tempo. Alguns

materiais podem ser utilizados externamente; estes custam mais caro do que aqueles

utilizados internamente;

- Preparo de superfície. Vários dos materiais podem ser aplicados diretamente sobre a

superfície do aço. Não exigem, em geral, preparo de superfície anterior, a não ser a

2.4.4 - Materiais de Proteção Térmica “Tradicionais”

Fator demassividade

Espessura seca, em mm, para fornecer um TRRF (minutos) de

30

50

70

90

110

130

150

170

190

210

230

250

270

290

310

30

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

60

10

10

10

12

13

14

14

15

15

16

16

16

17

17

17

90

10

13

15

17

18

19

20

21

22

22

23

23

24

24

24

120

12

16

20

22

24

25

27

28

29

29

30

30

31

31

32


58

retirada de carepas e ferrugens soltas, assim como óleos e graxas, que impedirão a

perfeita adesão dos produtos;

- Aparência. Materiais projetados não possuem uma aparência agradável. Desse modo,

estes materiais costumam ser utilizados em situações onde os componentes não

sejam visíveis;

- Aplicação. Como é aplicado úmido, este tipo de material pode interferir

significativamente no cronograma da obra. Como resultado, o custo real da proteção

por materiais projetados pode ser superior àqueles assumidos utilizando-se tão

somente os custos de aplicação.

A figura 40 ilustra a aplicação a aparência de uma argamassa projetada aplicada.

• Materiais rígidos ou semi-rígidos. São materiais aplicados, de modo geral, internamente

à edificação, estando aparentes ou não. Suas principais características são:

- Aparência. Placas rígidas, como o gesso acartonado, oferecem uma aparência limpa,

na forma de caixa, que pode sofrer decoração posterior. Lã de rocha basáltica e fibra

cerâmica, por outro lado, não têm aparência agradável, e são utilizados,

frequentemente, em situações onde o sistema não seja visível;

- Fixação. A fixação é feita a seco, e não interfere significativamente com outros

produtos;

- Qualidade garantida. Os materiais são feitos em fábrica, assim, a espessura aplicada é

garantida;

- Preparo superficial. Estes produtos são aplicados diretamente sobre o aço, sem

nenhum tipo de pré-tratamento;

Figura 40: Vigas protegidas por argamassa projetada.


59

- Custo. Estes sistemas de proteção são relativamente baratos, entretanto, um sistema

de proteção que tenha funções decorativas pode custar bem mais caro;

- Aplicação. A montagem ao redor de detalhes complexos pode ser trabalhosa. Um bom

exemplo são as ligações.

- Velocidade. A aplicação destes produtos é mais lenta do que aquela verificada para os

outros sistemas.

A figura 41 ilustra a aparência de um sistema de proteção antitérmica composto de mantas

de lã de rocha basáltica.

• Materiais intumescentes. São materiais aparentados das tintas de proteção contra a

corrosão. São inertes em baixas temperaturas, mas proporcionam isolação térmica

através da intumescência (ou “inchamento”), que ocorre em temperaturas de

aproximadamente 200°C – 230°C. Este “inchamento” da camada intumescente gera

uma camada carbonizada de materiais de baixa condutividade térmica, que funcionam

como isolante térmico. As propriedades mecânicas do aço não são afetadas até

temperaturas próximas de 400°C, assim, quando o revestimento intumescente começar

a “inchar”, o aço ainda estará com toda sua resistência original. Algumas de suas

principais características são:

- Estética. A camada fina permite que a forma do aço seja apresentada em sua

plenitude;

- Acabamento. O acabamento é atraente, pois, sobre o revestimento intumescente

aplica-se, normalmente, uma tinta de acabamento na coloração desejada;

- Reparos. Os reparos posteriores podem ser feitos facilmente;

- Custo. O custo será, normalmente, superior àquele verificado para as outras formas

de proteção. Entretanto, eles têm decrescido com o tempo;

Figura 41: Vigas protegidas por lã de rocha basáltica.


60

- Aplicação. É uma aplicação tipicamente “úmida”, que requer condições atmosféricas

favoráveis – exatamente como no caso das tintas em geral. Deve-se atentar à

obtenção de super-recobrimentos, que são prejudiciais;

- Tempos de proteção ao fogo são limitados. A maior parte dos revestimentos

intumescentes fornece proteção, de forma econômica, por tempos de até 60 minutos.

Atualmente, existem tintas intumescentes no mercado que são competitivas com

outros sistemas de proteção até por 90 minutos. Poucas tintas intumescentes podem

atingir 120 minutos de resistência ao fogo. A figura 42 ilustra uma aplicação de tinta

intumescente.

• Concreto, tijolos e outros sistemas tradicionais. Concreto era, até os anos 70, a forma

usual de proteção das estruturas de aço. A introdução de materiais mais leves, como as

argamassas projetadas, os produtos rígidos e semi-rígidos e as tintas intumescentes

trouxeram uma dramática redução em seu uso. As principais características destes

produtos são:

- Durabilidade. A aplicação destes produtos tende a ser utilizada em locais onde o dano

por impacto, abrasão e exposição ao tempo são fatores a serem considerados;

- Custo. O enclausuramento em concreto é das formas de proteção mais baratas.

Ele rivaliza, por vezes, com os materiais projetados;

- Velocidade. É feito em campo e consome tempo do cronograma da obra;

- Utilização dos espaços. Grandes espessuras roubam espaço ao redor dos pilares;

- Peso. O peso da edificação pode aumentar consideravelmente.

O Anexo B da Instrução Técnica 08/2004, do Corpo de Bombeiros do Estado de São Paulo,

reproduzida na Figura 43, traz a resistência ao fogo para alvenarias, e pode ser de muita

utilidade na especificação de um sistema de proteção baseado neste tipo de materiais.

A figura 44 ilustra um pilar misto, aço-concreto.

Figura 42: Estrutura protegida por tinta intumescente.


61


62

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Figura 44: Pilar misto aço-concreto, ilustrando a proteção do aço pelo concreto.

A Tabela 5 resume as principais características dos principais produtos utilizados na proteção

das estruturas de aço.


63

Materiais projetados

Custo relativo

Aplicação (úmido ou seco)

Limpeza durante aplicação

Equipamentos necessários

Uso interno/externo

Preparação

Robustez

Acabamento

Retenção mecânica

Faixa de espessuras

Resistência ao fogo máxima

Baixo a médio

Úmido.

Suja - A proteção de superfícies adjacentes é necessária.

Equipamentos especiais são necessários.

Interno e externo.

Nenhum tipo de primer é requerido para uso interno, mas as superfícies devem estar limpas e serem compatíveis.

Relativamente frágil;pode ser vulnerável a danos mecânicos. Alguns revestimentos são inadequados às áreas abertas.

Acabamento texturizado.

Necessária quando a espessura é elevada, e em algumas geometrias específicas.

10 a 75 mm.

240 minutos.

Baixo a médio

Em geral, seco.

Relativamente limpa.

Ferramental simples.

Interno; para uso externo, existe a necessidade de proteção adicional.

Não há necessidade de preparo prévio.

Algumas placas rígidas são relativamente frágeis e podem ser vulneráveis ao dano mecânico. Materiais semi-rígidos podem requerer cobertura adicional.

Variável: materiais rígidos são normalmente lisos, com juntas visíveis, a menos que um acabamento seja aplicado. Materiais semi-rígidos são texturizados, com a fixação visível.

Requer, normalmente, algum tipo de retenção.

Camadas múltiplas podem ser necessárias. Placas de 6 a 100 mm e mantas de 12 a 76 mm.

240 minutos.

Médio a alto.

Úmido.

ÚmidProteção é necessária às superfícies adjacentes.o.

Equipamentos utilizados normalmente em pintura.

Interno, com alguns sistemas externos.

Uma tinta de fundo compatível é necessária, aplicada sobre superfícies de aço previamente limpas.

Semelhante aos sistemas de pintura tradicionais.

Liso ou levemente texturizado. Um acabamento decorativo colorido pode ser aplicado.

Normalmente não necessita.

Camadas de 0,3 a 6,5 mm.

120 minutos.

Materiais rígidos ou semi-rígidos

Materiais intumescentes

Tabela 5 – Resumo das principais características dos materiais de

proteção antitérmica “tradicionais”


64

2.4.5 - Combinaçao de Métodos de Proteção

As soluções de projeto descritas abaixo, na figura 45, podem ser combinadas, de modo a

propiciar o tempo de resistência ao fogo de dada edificação como prescrito na NBR 14432, a

custo mínimo.


65

Figura 45: Resistência ao fogo, em minutos, que podem ser economicamente obtidos por intermédio de várias formas construtivas.

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2.5 - OS ENSAIOS DE CARDINGTON – O INÍCIO DE UMA NOVA ERA

www.structuralfiresafety.org

2.5.1 - Resistência ao Fogo de Vigas Mistas

Entre os anos de 1994 e 2003, um conjunto de ensaios de grande porte foi feito em uma

edificação especialmente construída para esta finalidade. O edifício, de oito andares,

estruturado em aço, utilizava o conceito de viga mista e forma de aço incorporada

(“steeldeck”). Os ensaios foram feitos nas dependências do Building Research Establishment,

em Cardington, Inglaterra.

O programa de testes foi dividido em duas partes. A primeira série tratou de ensaios

realizados em uma viga mista, isolada, e três outros ensaios em grandes compartimentos.

Esta primeira série de ensaios foi patrocinada pela British Steel (atual Corus) e pela European

Coal and Steel Community (atualmente Research Fund for Coal and Steel). Um programa de

ensaios complementar, compreendendo três ensaios em compartimentos, foi patrocinada

pelo Governo Britânico e desenvolvida pelo Building Research Establishment.

Os ensaios foram efetuados com o objetivo de determinar se o desempenho de edificações

reais era melhor que a sugerida pelos ensaios laboratoriais de elementos construtivos

individuais, segundo o conceito do “incêndio-padrão”. Existiam evidências de que esta era a

situação. Incêndios reais na Inglaterra, ensaios em modelos realizados na Austrália, ensaios

laboratoriais realizados por todo o mundo e o modelamento computacional do

comportamento estrutural apontavam esse caminho. Em todos esses casos, vigas mistas

tinham demonstrado resistência e robustez ao fogo muito maior do que o indicado por

ensaios em vigas sem interação com a laje.

De modo a obter uma comparação direta com o ensaio do incêndio-padrão, o primeiro teste

foi feito em uma viga simples, sem interação com a laje, não protegida, e em toda região

periférica à viga. Os resultados indicaram que a falha (isto é, a deflexão máxima permitida

pelo código inglês) ocorreu em temperaturas superiores a 1000°C – muito maior do que a

temperatura de 700°C na qual viga semelhante havia falhado no ensaio do “incêndio-

padrão”.

Ensaios posteriores foram efetuados em compartimentos de tamanho variável, indo de 50m²

a 340m², com carga de incêndio composta por gás, madeira e mobiliário comum de

escritório. As colunas foram protegidas, mas as vigas não. Embora a temperatura dos gases

da atmosfera dos ensaios tivessem superado os 1200°C, e, a temperatura das vigas não

protegidas, os 1100°C no pior caso, nenhum colapso estrutural ocorreu. Estes resultados

desencadearam intensos estudos posteriores, culminando com o que, atualmente, se

conhece como métodos avançados.

O conjunto completo dos resultados dos testes da Corus podem ser encontrados no sítio

.

Nos edifícios de estrutura metálica, tem sido prática comum o uso de pisos mistos, ou seja,

pisos formados por vigas mistas e lajes mistas (lajes de concreto com fôrma de aço

incorporada).


66

No dimensionamento em situação de incêndio, geralmente utilizam-se procedimentos

tradicionais de cálculo, pelos quais as lajes têm a função de conduzir as cargas gravitacionais

para as vigas, que por sua vez ficam com a responsabilidade final de transmitir tais cargas

para os pilares. Isso significa que lajes e vigas são dimensionadas isoladamente, ignorando-

se uma resistência adicional que poderia ser proporcionada pela interação entre esses dois

elementos.

Como conseqüência, na maioria das vezes, torna-se necessário recobrir os perfis de aço de

todas as vigas mistas por material de proteção térmica e a colocação de armadura positiva

adicional no interior das nervuras da fôrma de aço.

Os ensaios de Cardington foram realizados em um edifício de oito andares e quarenta e cinco

por trinta metros em planta, com pisos constituídos por vigas mistas e lajes mistas, as quais

foram reforçadas por uma malha de aço soldada situada acima das nervuras da fôrma, que

funcionava como armadura positiva sob altas temperaturas.

Foram usados tanto incêndios reais como incêndios de gás não-padronizados, não sendo

seguida, portanto, a curva do incêndio-padrão. Apesar disso, para efeito prático, as

temperaturas foram interpretadas em termos da curva de incêndio-padrão citada.

Os resultados dos testes, acompanhados de pesquisas complementares, foram sintetizados

para uso prático em publicação do Steel Construction Institute, mostrando que os pisos

mistos, desde que as lajes tenham o reforço da malha de aço soldada, podem apresentar

uma resistência muito superior àquela que seria obtida pelos procedimentos de cálculo

tradicionais. Tal fato deve-se, principalmente, à habilidade das lajes mistas reforçadas pela

malha de aço de suportar as vigas mistas que falham no incêndio e de transferir as ações

atuantes para as vigas ainda resistentes da estrutura do piso via comportamento de

membrana, mantendo o piso em condições estruturais aceitáveis para a temperatura

correspondente ao tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF).

Todos esses estudos mostraram a possibilidade de se reduzir a proteção contra incêndio nos

pisos mistos de edifícios, criando painéis de piso nos quais as vigas do contorno, geralmente

vigas que conduzem as cargas gravitacionais para os pilares, são protegidas, mas as vigas

internas ficam sem proteção.

Para se chegar à resistência dos painéis de piso, deve-se obter seu mecanismo de ruína com

base em análise plástica global, que envolve charneiras plásticas nas lajes mistas e rótulas

plásticas nas vigas mistas internas. Um método simples foi desenvolvido para o cálculo dessa

resistência, aplicável a painéis quadrados e retangulares. O método é válido desde que:

• As vigas mistas sejam biapoiadas;

• As lajes mistas, com concreto de densidade normal ou de baixa densidade, possuam

uma malha de aço soldada, de aberturas quadradas, posicionada de 15 mm a 40 mm

acima do topo das nervuras da fôrma de aço, se a fôrma for trapezoidal, e até 40 mm

acima do topo das nervuras, se a fôrma for reentrante.


67

O método permite flexibilidade e liberdade ao projetista, que pode optar entre diversos

tamanhos de painéis de piso, delimitando maior ou menor quantidade de vigas internas com

perfis de aço sem proteção contra incêndio, dimensionando adequadamente as vigas, a área

da malha de aço e a espessura da laje mista, de acordo com interesses estruturais,

construtivos, estéticos e econômicos.

Além disso, apresenta confiabilidade decorrente de calibração com os resultados dos estudos

supracitados e sua utilização:

• Não aumenta, em relação aos procedimentos tradicionais de cálculo, o risco de vida de

ocupantes, bombeiros e pessoas presentes nas vizinhanças;

• Assegura a contenção do incêndio no compartimento de origem, ou seja, as grandes

deformações que surgem em virtude da redução da rigidez das vigas sem proteção sob

altas temperaturas ficam dentro de limites tais que não ocorre falha do compartimento.

Artigos técnicos previamente publicados têm apresentado os fundamentos do procedimento

desenvolvido na Inglaterra, com sua aplicação à realidade brasileira, por meio do uso

produtos e de normas de projeto do Brasil. Eles estão disponíveis no sítio

.

A quase totalidade dos edifícios mais modernos do mundo apresenta inovações no projeto,

na construção e no uso, o que tem criado situações onde, por vezes, torna-se difícil satisfazer

os requisitos das normas prescritivas atuais. O reconhecimento desta dificuldade e também o

aumento do conhecimento de como edificações reais reagem frente ao incêndio e de como

incêndios reais se comportam, tornou possível, através de muitas pesquisas, em várias

partes do mundo, o emprego de técnicas modernas de segurança contra incêndio através do

uso de técnicas analíticas de engenharia.

A engenharia de segurança contra incêndio pode fornecer uma alternativa à segurança

contra incêndio tradicional. Pode, ainda, ser o único caminho prático para atingir um padrão

satisfatório de segurança em algumas edificações grandes e complexas e em edificações que

contenham diferentes usos.

Engenharia de segurança contra incêndio pode ser vista como um pacote integrado de

medidas dedicadas a atingir o máximo benefício a partir dos métodos existentes para a

prevenção, controle ou limitação das conseqüências de um incêndio. O objetivo central é,

através da adoção de um enfoque racional, científico, garantir que a resistência ao fogo e a

proteção serão fornecidas na medida certa, onde necessário. Isto se opõe à simples

aceitação de imposições gerais, universais, que podem superestimar ou subestimar o nível de

risco.

Em síntese, engenharia de segurança contra incêndio trata de vários assuntos,

concomitantemente:

http://www.gerdau.com.br

1.5.2 - Engenharia de Segurança Contra Incêndio


68

• Métodos de aviso e desocupação;

• Propagação do incêndio dentro da edificação;

• Resposta estrutural;

• Propagação do incêndio para fora da edificação;

• Acesso para bombeiros.

O item resposta estrutural é tratado como um processo de três estágios:

1. Prevendo a velocidade de aquecimento e a máxima temperatura da atmosfera dentro

do compartimento sob ação do incêndio. Isto envolve a determinação da carga de

incêndio (quantidade e tipo de material combustível) no compartimento, ventilação e

características térmicas do envoltório do compartimento (paredes, lajes, etc.). Estas

variáveis podem ser calculadas ou obtidas a partir de dados tabulados, p.ex., na NBR

14432. Uma vez conhecidas, pode-se estimar o acréscimo da temperatura no

compartimento com o tempo, tanto através da utilização de equações paramétricas

tempo-temperatura, como equivalente ao tempo (a exposição à NBR 5628 – o incêndio

padrão – que teria o mesmo efeito que o incêndio natural no compartimento sob

consideração);

2. Prevendo a temperatura da estrutura. Isto depende da localização, do fator de

massividade e de qualquer proteção porventura aplicada sobre os componentes. A

temperatura atingida por um componente estrutural não protegido ou não pode ser

determinada, utilizando-se os conceitos oriundos da área de transferência de calor;

3. Prevendo a resposta da estrutura frente à elevação da temperatura de seus

componentes. A resposta da estrutura depende não somente da temperatura que ela

atinge em situação de incêndio, mas também das cargas aplicadas e de efeitos de ação

composta, restrição e continuidade da estrutura. Uma vez conhecida, as exigências de

proteção podem ser especificadas, para atingir um nível de segurança mínimo. Este

conceito de projeto se mostra mais econômico quando puder ser demonstrado que a

estrutura – ou parte desta – possui resistência ao fogo inerente, de modo a não

necessitar do emprego da proteção passiva.

Um exemplo de aplicação da engenharia de segurança contra incêndio é o Millenium Dome

(figura 46). Esta edificação, concebida pelo arquiteto Richard Rogers, é um centro de

exposições situado em Londres, na península de Greenwich. Ele cobre uma área fechada de

100.000 m², tem uma circunferência de um quilometro e mede 365 m de diâmetro (50 m em

seu ponto mais alto). No coração da Cúpula existe uma arena central concebida como um

espaço teatral aberto, flexível. Organizado ao redor do perímetro, existem edifícios de apoio

(entretenimento, restaurantes e lojas), junto com 14 áreas de exposição. Para se ter idéia

das proporções desta construção: a Torre Eiffel cabe horizontalmente dentro da cúpula e a

Coluna de Nelson, verticalmente. A Cúpula é suspensa por doze mastros de aço de 100 m de

comprimento, contidos no lugar por mais de 70 km de cabos de reforço. A cobertura é de


69

PTFE coberta de fibra de vidro. O conceito estrutural é simples e inovador: cabos de aço

tensionados, dispostos radialmente na superfície e fixados aos nós por presilhas e cabos de

amarração a intervalos de 25 m.

Como implementar um projeto de segurança contra incêndio para esta edificação, em bases

puramente prescritivas? A resposta é que não seria possível implementar um projeto

tradicional de segurança contra incêndio nesta obra. Entretanto, graças aos métodos

avançados, aceitos nos códigos mais avançados (assim como em nossas normas, como a

NBR 14323 e NBR 15200), edificações como esta puderam ser construídas. Engenharia de

segurança contra incêndio considera incêndios “reais”, em edificações “reais”, ocupadas por

pessoas “reais”.

Figura 46: O centro de exposições “Millenium Dome”, em Londres (1999). Este é um exemplo de edificação tornado possível pelo uso da engenharia de segurança contra incêndio.


70

REFERÊNCIAS

BIBLIOGRÁFICAS

GERAIS


73

1. Referências Bibliográficas Gerais – Corrosão – Livros e Artigos Técnicos

http://www.cbca-ibs.org.br/nsite/site/acervo_item_listar_manuais_construcao.asp#122

http://www.construccionenacero.com/articulos_revista.asp

2. Referências Bibliográficas Gerais – Corrosão – Normas

1. Silva, V.P. e Pannoni, F.D., “Estruturas de Aço para Edifícios – Aspectos Tecnológicos

e de Concepção”, Blucher, São Paulo, 2010.

2. Pannoni, F.D., “Projeto e Durabilidade”, Centro Brasileiro da Construção em Aço –

CBCA, Rio de Janeiro, 2009. Disponível, em pdf, para download gratuito, no sítio

.

3. Fontana, M.G., Greene, N.D., “Corrosion Engineering (Materials Science and

Engineering) – 3rd edition”, McGraw-Hill Education, Singapore, 1986.

4. Roberge, P., “Handbook of Corrosion Engineering”, McGraw-Hill, 1999.

5. Trethewey, R., Chamberlain, J., “Corrosion for students of Science and Engineering –

2nd edition”, Addison Wesley Publishing, 1996.

6. Wranglen, G., “An Introduction to Corrosion and Protection of Metals – 2nd edition”,

Kluwer Academic Publishers, 1985.

7. Revie, R.W., “Uhlig's Corrosion Handbook – 2nd edition”, Wiley-Interscience, New

York, 2005.

8. Pludek, V.R., “Design and Corrosion Control”, Macmillan, New York, 1977.

9. Marcus, P., “Corrosion Mechanisms in Theory and Practice – 2nd edition”, CRC Press

LLC, FL, 2002.

10. Pannoni, F.D., “La Prevención de la Corrosión en Estructuras Metálicas”, Acero

Latinoamericano, v.496, p.16-25, 2006. Disponível, em pdf, para download gratuito,

no sítio .

1. ISO 8501-1:1988, Preparation of steel substrates before application of paints and

related products - Visual assessment of surface cleanliness - Part 1: Rust grades and

preparation grades of uncoated steel substrates and of steel substrates after overall

removal of previous coatings. International Standardization for Organization (ISO),

Genéve.

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by protective paint systems - Part 5: Protective paint systems. International



by protective paint systems - Part 6: laboratory performance test methods.



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