ESTRUTURAS METÁLICAS: MATERIAIS E EXECUÇÃO · metais passaram a ser utilizados na última fase...
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LUIS FELIPE PAVONI
ESTRUTURAS METÁLICAS: MATERIAIS E EXECUÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Londrina, como requisito parcial para a obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.
Orientador:
Londrina
2017
LUIS FELIPE PAVONI
ESTRUTURAS METÁLICAS: MATERIAIS E EXECUÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de Londrina, como requisito parcial para a obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.
BANCA EXAMINADORA
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Londrina, 04 de Dezembro de 2017.
PAVONI, Luis Felipe. Estruturas Metálicas: materiais e execução. 2017. 42 pp. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Faculdade Pitágoras, Londrina, 2017.
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo apresentar elementos fundamentais para a
implementação de estruturas metálicas, como os materiais usados em estruturas
metálicas, o processo de fabricação e montagem, formas de evitar os vários tipos de
corrosão em estruturas e semelhante, visando disseminar informações referentes a
temática para todos os interessados, por considerar que algumas lacunas ainda
permeiam o cenário nacional no que concerne à estruturas metálicas relacionando-as
apenas a construções de grandes empresas. Para o fazer, o documento foi baseado em
pesquisa bibliográfica, onde se verificou que a implementação das estruturas metálicas
têm aumentado consideravelmente nos últimos anos no Brasil e que suas desvantagens
foram reduzidas com base em um esforço coletivo dos envolvidos.
Palavras-chave: Metais; Estruturas Metálicas; Construção Civil.
PAVONI, Luis Felipe. Metallic structures: materials and execution. 2017. 42 pp. Course Completion Work (Graduation in Civil Engineering) - Pitágoras College, Londrina, 2017.
ABSTRACT
The present work aims to present fundamental elements for the implementation of metallic structures, such as the materials used in metallic structures, the manufacturing and assembly process, ways of avoiding the various types of corrosion in structures and the like, aiming to disseminate information on the subject for all interested parties, considering that some gaps still permeate the national scenario with regard to metallic structures relating only to the construction of large companies. To do this, the document was based on bibliographical research, where it was verified that the implementation of the metallic structures have increased considerably in the last years in Brazil and that their disadvantages were reduced based on a collective effort of those involved.
Key-words: Metals; Metallic structures; Construction.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – A ponte de Coalbrookdale............................................................................11
Figura 2 – Dobradeira....................................................................................................15
Figura 3 – Perfis dobrados............................................................................................16
Figura 4 – Sistema de laminação..................................................................................17
Figura 5 – Esquema de soldagem.................................................................................19 Figura 6 – Perfis séries Vs, CVS e CS..........................................................................19 Figura 7 – Equipamento de eletro-soldagem.................................................................20 Figura 8 – Perfis séries VE, CVE e CE..........................................................................21 Figura 9 – Treliça espacial.............................................................................................22 Figura 10 – Perfil com costura.......................................................................................22 Figura 11 – Sistema de calandragem............................................................................23 Figura 12 – Sistema de laminação de perfis tubulares..................................................24 Figura 13 – Tabela de coeficientes................................................................................25 Figura 14 – Detalhes de projeto estrutural ....................................................................26 Figura 15 – Diagrama unifilar.........................................................................................26 Figura 16 – Detalhe do projeto de fabricação................................................................27 Figura 17 – Corte de chapa…………………………………………………………………..28 Figura 18 – Soldador com os equipamentos de segurança...........................................29 Figura 19 – Tipos de solda.............................................................................................30 Figura 20 – Posições de soldagem................................................................................31 Figura 21 – Guindaste içando a estrutura metálica........................................................32 Figura 22 – Equipamentos de proteção para trabalho em altura...................................33 Figura 23 – Exemplo de corrosão uniforme...................................................................34 Figura 24 – Corrosão galvânica em ferro e latão...........................................................35 Figura 25 – Corrosão em frestas....................................................................................36 Figura 26 – Corrosão por pite.........................................................................................37 Figura 27 – Corrosão microbiológica..............................................................................38 Figura 28 – Corrosão sob tensão fraturante...................................................................38
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Evolução do uso de materiais pelo homem..................................................09
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO..................................................................................... 08
1. O USO DOS METAIS.......................................................................... 09
2. MATERIAIS EMPREGADOS EM ESTRUTURAS METÁLICAS....... 15
2.1 PERFIS CONFORMADOS A FRIO..................................................... 15
2.2 PERFIS LAMINADOS.......................................................................... 17
2.3 PERFIS SOLDADOS........................................................................... 18
2.4 PERFIS TUBULARES......................................................................... 22
2.4.1 Perfis tubulares sem costura............................................................... 23
3. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM DE ESTRUTURAS METÁLICAS..............................................................
25
4. CORROSÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS: COMO EVITAR...... 34
4.1 CORROSÃO UNIFORME E LOCALIZADA......................................... 34
CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................ 40
REFERÊNCIAS................................................................................... 41
INTRODUÇÃO
Atualmente presencia-se um constante crescimento no uso de coberturas e
estruturas metálicas na construção civil, devido aos novos materiais, perfis e métodos de
fabricação das estruturas. Se no passado, em função do custo e da estética as coberturas
costumavam ficar relegadas à segundo plano, percebe-se que as mesmas vêm
ganhando maior evidência, abandonando as formas retas, rígidas e pesadas.
Justifica-se a pertinência da pesquisa, uma vez que é sabido que o ramo das
construções metálicas vem crescendo no Brasil, o que implica na necessidade de trazer
para a sociedade e especificamente aos profissionais da engenharia conceitos e
possibilidades relacionadas ao uso das coberturas de estruturas metálicas. Uma vez que
coberturas metálicas apresentam diferentes tipos, tamanhos, formatos e materiais, o que
influencia em seu uso para determinados fins específicos.
Neste sentido apresenta-se como problema de pesquisa as estruturas metálicas,
quais os melhores materiais para diferentes estruturas e a forma de instalação. Sendo o
objetivo geral deste trabalho é produzir conhecimento científico acerca das coberturas
metálicas, partindo dos seguintes objetivos específicos:
● Apresentar o uso dos metais ao longo da história;
● Conhecer os diferentes tipos metais;
● Investigar as características das estruturas metálicas;
Para a realização da pesquisa optou-se pela metodologia da pesquisa
bibliográfica onde num primeiro momento foram selecionados os referenciais, que são de
acordo com Castilho e Pescuma (2008) não são apenas uma relação de obras que
versam sobre um tema específico, mas sim um estudo que busca deixar evidente
diversos aspectos do tema estudado. Assim, após a seleção dos referenciais analisou-
se o material e foi trazido o que considerou-se pertinente ao estudo em questão, dessa
forma está exposto na sequência os resultados do estudo.
1. O USO DOS METAIS
Os metais são os elementos químicos encontrados nos minérios, capazes de
conduzir a eletricidade e o calor, que apresentam um brilho característico e que são
sólidos à temperatura normal. Os mesmos possuem características marcantes, são elas:
a tenacidade, o que significa que podem receber forças bruscas sem quebrar; a
ductilidade, pois é possível moldá-los; a plasticidade, que consiste na capacidade de não
retornar a forma inicial após a retirada do peso que a deformou; a maleabilidade, pois se
convertem em lâminas ao serem comprimidos e dispõem de uma boa resistência
mecânica, além das demais características como a dureza, a deformação elástica e afins,
relacionadas às propriedades mecânicas dos metais (MARTINS, 2008).
Já é parte do senso-comum que a utilização dos metais permitiu ao homem
inúmeros avanços sociais e econômicos. Partindo de uma perspectiva histórica, os
metais passaram a ser utilizados na última fase do período Neolítico, quando começamos
a dominar técnicas de fundição que permitiram criar instrumentos agrícolas e armas, este
avanço foi tão significativo que a este período foi dado o nome de Idade dos Metais. De
acordo com Sousa (20--) o primeiro metal utilizado foi o cobre e posteriormente o bronze,
por volta de 1.500 a.C o ferro é descoberto e passa a ser manipulado com dificuldade, a
tabela 1 a seguir demonstra a evolução histórica do uso dos materiais pelo homem.
Tabela 1 - Evolução do uso de materiais pelo homem.
Evolução histórica Ano Material
Idade da Pedra 25.000 AC até 6.500 AC Madeira; Pedra lascada; Pedra polida.
Idade dos Metais 6.500 AC até 1.500 AC Cobre; Estanho; Bronze; Ferro; Cerâmica.
Antiguidade 4.000 AC até 500 AC Vidro
Idade Média ou Medieval 500 até 1.500 Ligas metálicas
Idade Moderna 1.500 até 1.800 Concreto
Idade Contemporânea 1.800 até os dias atuais Polímeros
Fonte: Martins (2008, p.03).
De acordo com Martins (2008) foi por meio da utilização dos metais e da
consequente fabricação de materiais metálicos muitas civilizações se expandiram e
dominaram outras, na mesma medida em que civilizações desapareceram. O uso dos
metais sempre foi sinônimo de tecnologia e de poder, deste modo é fato consumado que
os elementos de aço estão presentes no cotidiano de todas as pessoas, desde um
simples objeto a grandes construções.
Há anos a maioria das pessoas conheciam apenas coberturas de madeira, isso
porque o acesso a novas tecnologias e formas de construção era escasso, com o
aparecimento dos perfis de aço mais simples e economicamente viáveis apareceram
novos interessados em conhecer as coberturas metálicas, por este motivo é necessário
lembrar que compreende-se como aço a liga Fe-C (Ferro - Carbono) que apresenta
entre 0,2 % a 1,8 % de Carbono e que endurece por meio da têmpera.
Segundo Colin (2013) o uso de aço nas construções passou a acontecer no final
do século XVIII, sendo iniciado com a construção da primeira obra de grande porte: a
ponte sobre o Severn em Coalbrookdale, na Inglaterra, (Figura 1). Esta obra foi projetada
por Abraham Darby e apresenta vãos de 30 metros. A partir desse momento engenheiros
e arquitetos passaram a perceber o aço como uma possibilidade viável para uso em
diversas obras e instalações, aliando beleza e eficiência estrutural, de modo que
“Coalbrookdale tornou-se, no século XVIII, o mais avançado centro metalúrgico da
Europa, responsável por uma série de inovações decisivas para o avanço da indústria”
(BRITO, 2013, p. 01).
Figura 1 - A ponte de Coalbrookdale
Fonte: Brito, 2013.
Já no Brasil,
na década de 40, logo após a Segunda Guerra Mundial, o país experimenta um período de prosperidade econômica favorecendo uma industrialização acelerada. Proliferam os grandes galpões metálicos dos parques industriais, muitas vezes com os projetos importados juntamente com as estruturas (CASTRO, 2005, p. 75).
Corroborando esta afirmação, Pinheiro (2005) aponta que ainda que as estruturas
metálicas passaram a ser fabricadas no ano de 1812, sendo que grandes avanços na
fabricação de perfis em larga escala ocorreu com a implantação das grandes siderúrgicas
no Brasil essa tecnologia chegou mais tardiamente, pois mesmo com todas as qualidades
do aço, ele ganhou espaço verdadeiro no nosso país apenas após a 2ª Guerra Mundial
com o surgimento de grandes obras como viadutos e edifícios, relacionados a exportação
de café e de alguns outros produtos tropicais. Por este motivo, até então
essas estruturas [...] não correspondiam a influências formais, eram incorporadas às paredes e sucumbidas às tipologias a que se pretendiam imitar. A siderurgia local só tem início em 1946 quando a usina de Volta Redonda, da Companhia Siderúrgica Nacional, inaugura suas atividades, mas a princípio volta-se para bens de consumo (CASTRO, 2005, p. 75).
Existem diversas finalidades para o uso do aço, entretanto a mais comum é o uso
para coberturas metálicas, haja vista que elas são utilizadas em grandes construções e
também em pequenas casas, isso porque coberturas metálicas são elementos estruturais
que visam produzir grandes vãos com sua leveza e versatilidade baseado
obrigatoriamente em um no projeto estrutural bem elaborado (FONTENELE, 2006).
Segundo Dias (1997) o projeto completo de estrutura de uma obra de aço envolve
três atividades distintas: projeto de engenharia, projeto de fabricação e projeto de
montagem. Com essas etapas concluídas e com o projeto estrutural, o de fabricação e
de montagem em mãos se inicia a execução da obra.
Com a constante mudança que existe no mercado, várias vezes o projeto inicial
fica ultrapassado e nesse contexto as estruturas metálicas são ótimas, pois segundo
Pinheiro (2005), existe a possibilidade de reaproveitamento dos materiais em estoque,
ou mesmo, sobras de obra, fazendo assim com que as obras fiquem mais rápidas e
baratas.
De acordo com Gerken (2003) com o passar dos anos as construções metálicas
estão ganhando espaço isso porque surgem novas formas de construção como a
utilização de tubos, as secções tubulares possuem forma simples e suas propriedades
geométricas tornam possível a elaboração das mais variadas obras. Aliado a isso o peso
das estruturas diminuem consideravelmente quando são utilizados tubos ao invés de
perfis maciços, fazendo com que a fundação fique menos sobrecarregada.
Com o crescimento do uso das estruturas metálicas surgiu também a necessidade
de se criar normas específicas para projetos em estruturas metálicas, tendo sido
normalizadas as características mecânicas e químicas dos materiais, a metodologia para
o cálculo estrutural e o detalhamento em nível de projeto executivo (PINHEIRO, 2005).
Uma das principais buscas em todas as obras de engenharia civil é fazer com que o
desperdício seja zero, como as estruturas metálicas são feitas sob medida e fabricadas
em empresas com controle dos materiais, o desperdício em obra é praticamente nulo, o
que faz com que a obra além de limpa e organizada também se torne mais econômica.
Um ponto fundamental a ser estudado em se tratando de aço é sua condição a
propicia corrosão, definida como o conjunto de alterações físico-químicas que uma
substância sofre pela ação de determinados agentes da natureza. Existem vários tipos
de corrosão como, por exemplo, química, seca e eletroquímica ou úmida, saber definir o
tipo de exato do problema ajuda na solução a ser escolhida a fim de minimizar ou acabar
com a corrosão (DIAS, 1997).
Como todo tipo de material o aço precisa de cuidados específicos, pois graças à
suas características ele pode sofrer muitos danos em meios agressivos, perdendo suas
principais qualidades. Segundo Dias (1997), condições altamente agressivas são
condições de ambiente em que as estruturas metálicas ficam expostas em locais
submersos ou enterrados, em meios de altíssima concentração de umidade, de
características fortemente ácidas ou alcalinas. Porém a fim de minimizar esses riscos são
usados tratamentos que dificultam a ação de agentes químicos que levam à corrosão, o
principal deles é a galvanização (processo de proteção do aço contra a corrosão por
recobrimento com uma camada de zinco metálico em banho de zinco fundido).
Considerando os cuidados necessários, as vantagens e as desvantagens das
diferentes estruturas metálicas em diferentes tipos de obras e estas mesmo sendo
usadas para diversos fins como telhados, torres, hangares entre tantas outras opções as
estruturas metálicas estão em constante inovação, trazendo ao mercado novos tipos de
perfis, possibilitando a criatividade e a praticidade em obras. Atualmente as coberturas
metálicas abrangem grandes áreas podendo servir para a criação de energia usando
coberturas com painéis fotovoltaicos integrados à rede pública de energia. Também são
ótimas sugestões para estádios e edifícios com baixo consumo energético que podem se
beneficiar da venda da energia excedente gerada na cobertura (FONTENELE, 2006).
2. MATERIAIS EMPREGADOS EM ESTRUTURAS METÁLICAS
O tipo de material que será usado para confecção de estruturas metálicas deve
ser exatamente o estipulado em projeto, não podendo de maneira alguma ser substituído
sem prévio aviso ao calculista estrutural, devendo ser respeitada as normas técnicas da
ABNT referentes a área visando a segurança a obra. Neste mesmo sentido, o aço dos
perfis, cantoneiras e demais materiais tem suas propriedades especificados pelo
fabricante, mudando de acordo com o tipo de aço, o que possibilita uma infinidade de
variações ao projetista, fazendo com que o projeto fique mais econômico e seguro
(PINHEIRO, 2005).
2.1 PERFIS CONFORMADOS A FRIO
Os perfis conformados a frio são usados para os mais determinados fins, eles são
obtidos através da dobra de chapas finas variando a sua espessura entre 0,378mm e
6,35mm, podendo assim ter forma e espessura variada dependendo de onde e como
serão empregados, as máquinas que fazem esse processo são denominadas
dobradeiras, indicada na figura.
Figura 2 - Dobradeira
Fonte: Logismarket, 2017.
Os perfis obtidos através desse processo são usados geralmente em pequenas e
médias coberturas metálicas, segundo (CHAMBERLAIN, 2005) a grande vantagem
destes tipos de perfis consiste na possibilidade de se ajustar às necessidades da peça e
do conjunto da estrutura, obtendo-a com o mínimo de peso possível. Os perfis mais
utilizados são as vigas U simples ou enrijecidas, cantoneiras e perfis cartola.
Figura 3 – Perfis dobrados
Fonte: Manual Engenharia Steel Frame, CBCA (2000).
É importante salientar que as propriedades mecânicas do aço podem variar
dependendo da dobra, a mesma chapa pode produzir perfis de diferentes características
mecânicas, como é o caso dos perfis U simples e perfis U enrijecidos, mesmo sendo os
dois provenientes da mesma chapa de aço, apresentam características apostas, por isso
os perfis U simples são usados geralmente na fabricação de tesouras de coberturas e os
perfis u enrijecidos nas terças.
2.2 PERFIS LAMINADOS
Os perfis laminados são largamente utilizados na construção por ser uma peça
única tem suas propriedades mecânicas com elevado grau de confiabilidade, esses perfis
normalmente seguem as normas americanas ASTM (American Society for Testing and
Materials) e geralmente são usadas em obras que exigem uma grande capacidade de
absorção de esforços. Assim, a obtenção dos perfis laminados segue o mesmo processo
da produção do aço, segundo Dias (1997) perfis laminados de abas retas são produzidos
por meio de deformação mecânica a quente, com seções transversais nos formatos I e
H, obtidos pelo sistema universal de laminação, esse é conhecido como X-H.
O processo do laminador X-H segue uma sequência de etapas que vão desde a
saída do forno de reaquecimento, passando pelo conjunto universal de laminação,
resfriamento, pesagem, estocagem e expedição, por isso, Dias (1997) aponta que os
perfis são produzidos em um ciclo não superior a três horas, desde a saída dos blocos
do forno de reaquecimento até sua chegada ao setor de acabamento.
Figura 4 – Sistema de laminação
Fonte: Dias, 1997.
Os perfis laminados têm abas retas e retilíneas o que facilita nas conexões e
encaixes, como são peças únicas, ou seja, não possuem emendas ou soldas,
apresentam baixo nível de tensões localizadas, além disso, durante o processo de
fabricação podem obter uma resistência a corrosão atmosférica.
2.3 PERFIS SOLDADOS
Os perfis soldados permitem ao construtor diversas soluções para sua obra, isso
acontece porque esses perfis possuem uma infinidade de tamanhos e comprimentos que
fazem com que todas as necessidades estruturas sejam atendidas e esses perfis são
padronizados pela ABNT (NBR5884/2005), o que garante a qualidade do produto que
será obtido através de um processo de soldagem de chapas planas de aço, as chapas
são cortadas com tamanho especifico, dependendo de qual tipo de perfil se deseja obter,
após o processo de corte as chapas elas são soldadas formando os perfis. De acordo
com Dias (1997) a fabricação de perfis estruturais de aço soldados por arco elétrico
obedece a NBR 5884 e depende do tipo de equipamento de cada fabricante, podendo ir
do artesanal ou convencional ao processo industrializado.
Figura 5 – Esquema de Soldagem
Fonte: Dias, 1997.
Os perfis soldados podem ser feitos com vários tipos de aço como o ASTM A 36
e o ASTM A 572, tanto de alta resistência como de baixa resistência, assim, separado
em séries de acordo com a sua utilização. Segundo Dias (1997) serie VS compreende os
perfis soldados para vigas em que 1,5 < d/bf ≤ 4, serie CVS compreende os perfis
soldados para vigas e pilares 1 < d/bf ≤ 1,5, serie CS Compreende os perfis soldados
para pilares d/bf = 1.
Figura 6 - Perfis séries Vs, CVS e CS
Fonte: Dias, 1997.
Uma variação dos perfis soldados são os perfis eletro-soldados a principal
diferença está de como o perfil é obtido, no caso dos eletro-soldados o processo
conhecido como eletro-fusão une as chapas com um sistema de eletro-soldagem por alta
frequência, a corrente elétrica passa pela superfície metálica fazendo com que as partes
fiquem preparadas para solda, após isso a passagem dessa corrente aquece uma zona
especifica do aço que atinge a temperatura plástica, permitindo assim a fusão das chapas
mediante a pressão dos rolos (PINHEIRO, 2005). Esse processo é todo feito a partir de
equipamentos como o da figura a seguir.
Figura 7 - Equipamento de eletro-soldagem
Fonte: Dias, 1997.
Os perfis eletro soldados também tem séries pre definidas que tem nomenclatura
VE,CE e CVE, todos feitos com aço de boa qualidade como o ASTM A 572 seu
comprimento pode variar de 6,00 a 15,00 m, o que define a serie são as dimensões e
propriedades de cada perfil.
Figura 8 - Perfis séries VE, CVE e CE
Fonte: Dias, 1997.
2.4 PERFIS TUBULARES
Os perfis tubulares possuem um uso vasto na área de estruturas metálicas eles
vêm ganhando espaço principalmente em cobertura que usam treliças espaciais, isso
graças às suas propriedades e por ter uma estética melhor que outros tipos de material,
os perfis tubulares podem ser com ou sem costura, cada um tem um processo de
obtenção.
Figura 9 - Treliça espacial
Fonte: Tetric, 2013.
Perfis tubulares com costura são obtidos pela calandragem ou pela prensagem
das chapas, com soldagem por arco submerso, e pela conformação continua, com
soldagem por eletro-fusão (DIAS, 1997).
Figura 10 - Perfil com costura
Fonte: Dias, 1997.
Através do sistema de calandragem é possível se obter virolas de várias
espessuras, que segundo Dias (1997) o processo se dá pela conformação do tubo em
calandras, equipamento constituído por um conjunto de três a quatro cilindros de aço que
exercem pressão entre si quando a passagem da chapa de aço plano, curvando-a e
transformando-a em um aro metálico denominado virola.
Figura 11 - Sistema de calandragem
Fonte: Dias, 1997.
Após o processo de calandragem inicia-se o processo de soldagem, esse
processo é realizado com o auxílio de máquina apropriada fixada em uma plataforma
móvel.
2.4.1 Perfis tubulares sem costura
Esses perfis são feitos segundo as normas ASTM A501, podendo ser feitos com
aço estrutural de média ou alta resistência mecânica e podendo ter uma resistência a
corrosão atmosférica alta se forrem obtidos usando aço com especificação para
determinado fim, sendo os perfis sem costura produzidos pelo processo de laminação a
quente de tarugos de aço, esse processo também é conhecido por extrusão e o processo
de obtenção pode ser realizado usando bitola com seção circular de 180,194 e 230 mm.
Segundo Dias (1997) o mandril, por um orifício realiza uma passagem forçada que
expulsa a massa de material aquecida contra os laminadores, convertendo o maciço de
aço em uma nova forma alongada dando configuração final ao tubo.
Figura 12 - Sistema de laminação de perfis tubulares
Fonte: Dias, 1997.
3. PROCESSO DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM DE ESTRUTURAS METÁLICAS
As estruturas metálicas em geral têm como principal característica sua rápida
execução o que faz com que muitos optem por esse tipo de material nas suas obras, por
oferecer como vantagem o ganho de vãos, mas existem diversos processos que vão do
projeto a execução dessas estruturas de acordo com Dias (1997) o projeto completo da
estrutura de uma obra de aço envolve três atividades distintas: projeto de engenharia,
projeto de fabricação e projeto de montagem.
O projeto de uma estrutura metálica deve obedecer às normas vigentes como a
NBR 8800 e seus cálculos devem obrigatoriamente estar em conformidade com o tipo de
estrutura a ser montada, o local e também o seu uso final, que pode variar de uma
cobertura ao mezanino, além de que, o projeto deve levar em consideração as cargas
advindas da própria estrutura e também as sobrecargas posteriores, os coeficientes para
cálculos de sobrecargas variam de acordo com o tipo, podendo ser de vento e de uso e
ocupação seja qual for esses coeficientes estão descritos na NBR 8800 e na NBR 6123.
Figura 13 - Tabela de coeficientes
Fonte: Dias, 1997.
O projeto estrutural deve obrigatoriamente mostrar como a estrutura deve ser
fabricada, descrever com clareza os materiais, as dimensões, as quantidades e fornecer
todas as informações complementares para uma fabricação perfeita e sem erros, entre
as principais informações que deveram estar inclusas no projeto estão às bitolas que
serão usadas e o tipo de aço, o tipo de ligação, a elevação dos pisos, os eixos de colunas
e desvios, como será feita a limpeza e pintura.
Figura 14 - Detalhes de projeto estrutural
Fonte: Arquiteto técnico, 2015.
Dias (1997) aponta que se acaso houver divergências com outros projetos como
o arquitetônico o projeto da estrutura prevalece, caso não for possível e houver
necessidades de mudanças estas devem ser comunicadas ao engenheiro estrutural para
que ele possa corrigir e adequar o projeto, após isso são elaborados os desenhos de
acordo com o nível desejado de projeto, com a representação de definição estrutural, por
meio de diagramas unifilares.
Figura 15 - Diagrama unifilar
Fonte: Dias, 1997.
O projeto de fabricação mostra com detalhes todos os elementos da estrutura,
podendo as peças ser mostradas em conjunto ou isoladas, nas treliças, por exemplo, o
projeto deve mostrar o material, os comprimentos, a localização dos furos e
descriminação dos parafusos, segundo Dias (1997) toda representação gráfica
normalmente vem acompanhada de medidas não acumuladas e acumulas, critério
adotado por muitos fabricantes para obter maior precisão de marcação.
Figura 16 - Detalhe projeto de fabricação
Fonte: Dias, 1997.
As fábricas de estruturas metálicas possuem uma grande versatilidade nas
operações, no geral as operações típicas a serem executadas estão associadas a um
determinado setor da fábrica: suprimento de matéria-prima, traçagem, preparação prévia,
pré-montagem, soldagem, acabamento, preparação de superfície, pintura e expedição
(DIAS, 1997). Após o projeto de fabricação pronto e que se começa o trabalho nas
fábricas, a fabricação deve levar em conta tudo que está no projeto não podendo haver
ajustes, a primeira parte do processo de fabricação consiste na preparação, na
preparação é que se define qual o método que será utilizado na confecção das peças,
também se define todos os processos que o peça ira seguir até seu acabamento, após
isso são feitas as listas de materiais sempre racionalizando para melhor aproveitamento,
o corte das chapas por exemplo, é realizado com o objetivo de se ter o mínimo de percas,
após a preparação o projeto é separado e distribuído para os diversos setores, de
maneira que atenda ao planejamento de fabricação e as propriedades preestabelecidas.
Figura 17 - Corte de chapa
Fonte: Acocort, 2017.
Um dos processos importantes é a traçagem, que acontece logo após o corte dos
materiais, esse processo segundo Dias (1997) consiste em transferir as informações
necessárias para a confecção das peças diretamente sobre a superfície das chapas, as
marcações são feitas com riscadores de giz e o centro dos furos são assinalados
mediante puncionamento. Com o processo de traçagem concluído é iniciado a
preparação prévia, que consiste na preparação dos componentes da estrutura nesse
processo são realizados as furações podendo ser feitas manualmente com furadeiras ou
com auxílio de máquinas como por exemplo, uma prensa, desempenamentos, dobras e
ajuste também são realizados nessa etapa, feita a pré- montagem que consiste na união
das peças e deixa-las prontas para a soldagem.
O setor de solda de uma fábrica requer uma série de cuidados, nessa etapa e que
todos os elementos são unidos através da soldagem, então é preciso ter uma atenção
para que nada seja soldado equivocadamente e também para que nenhum funcionário
tenha nenhum tipo de acidente, por isso é importante o uso de equipamentos específicos
para a função de soldador. Os equipamentos que devem ser utilizados pelos soldadores
são: luvas de raspa, óculos de proteção, touca, máscara de solda, botina de segurança,
protetor auricular se a soldagem ocorrer em ambientes com barulho.
Figura 18 - Soldador com os equipamentos de segurança
Fonte: DBC Oxigênio, 2014.
Para uma união soldada,
[...] deve-se observar, homogeneidade do material depositado e perfeição entre o metal depositado e o metal base, para que uma solda seja de qualidade deve-se: empregar soldadores qualificados, utilizar eletrodos de qualidade, trabalhar com materiais perfeitamente soldáveis e controle das soldas executadas através de raio-x e ultra-som (PINHEIRO, 2005, p. 20).
Existem diversos tipos de solda com diferentes finalidades, o entalhe é a solda de
penetração parcial ou total, o filete se constitui como um cordão de solda e o tampão que
possui um furo e rasgos. Definido o tipo, as ligações soldadas são classificadas por dois
quesitos: sua continuidade podendo ser uma solda contínua, intermitente ou ponteada e
quanto a sua posição podendo ser plana, horizontal, vertical e sobre cabeça.
Figura 19 - Tipos de solda
Fonte: ABCEM, 2012.
Figura 20 - Posições de soldagem
Fonte: ABCEM, 2012.
Após o processo da soldagem, as peças são levadas para a fase de acabamento
onde é feito o endireitamento (os ajustes das peças), e também segundo Dias (1997) o
esmerilhamento das bordas das peças cortadas por maçaricos ou por tesouras, que
podem provocar rebarbas nas peças recortadas. O esmerilhamento também melhora o
aspecto das superfícies soldados, além de auxiliar na preparação da superfície, limpeza
e posteriormente a pintura. Assim, a última etapa dentro da fábrica é a expedição, essa
fase envolve o embarque da estrutura para o local de montagem e essa operação deve
ser coordenada com as necessidades da execução de montagem e campo, evitando
estocagens desnecessárias no canteiro.
O projeto de montagem traz uma representação de como a estrutura deve ser
montada, mostrando o sistema estrutural, a indicação do posicionamento das peças e
sequencia de montagem que pode fornecer informações complementares para o
montador, tais como: a peça mais pesada, o raio máximo de trabalho do equipamento de
montagem, a metodologia de montagem, etc. (DIAS, 1997).
Em qualquer processo de montagem de uma estrutura metálica é necessário
haver uma organização, essa organização é feita antes de se iniciar qualquer processo
de montagem, é nessa etapa que se define como será o canteiro, a posição dos
equipamentos, local onde a estrutura ficara antes de ser montada afim facilitar seu
içamento caso for necessário, além de prever fontes de energia elétrica e iluminação,
fontes de abastecimento de água e definir o caminho por onde os operários devem seguir
(CHAMBERLAIN, KRIPKA, 2005).
Para as montagens que são feitas em lugares altos como coberturas é necessário
o auxílio de maquinário específico, este também é definido com antecedência, isso
porque existem diversos tipos de equipamentos que geralmente tem a função de
deslocamento de peças até o local de sua fixação, porém variam dependendo da altura
onde a peça ficará e principalmente do peso de cada elemento, os mais comuns são as
gruas e os guindastes.
Figura 21 - Guindaste içando a estrutura metálica
Fonte: Serralheria, 2017.
Outro aspecto importante em relação à segurança é o uso de EPIS para funções
em locares altos, a NR 35 diz que qualquer trabalho realizado acima de 2 m de altura
deve ser previsto o uso de EPI contra quedas, além do treinamento do trabalhador que
realizara a função, esses equipamentos estão descritos na figura 22.
Figura 22 - Equipamentos de proteção para trabalho em altura
Fonte: SlidShare, 2017.
Após os devidos cuidados com a segurança e que se inicia a montagem de fato,
com o projeto de montagem em mãos, a organização feita com atenção a todos detalhes,
os funcionários usando devidamente os EPI´S e todos os equipamentos de içamento
fixados em locais corretos, o processo de montagem flui, fazendo com que a estrutura
metálica que começou na tela de um computador como projeto saia do papel e se
transforme em marquise, pontes, passarelas, coberturas e diversos de outras estruturas
advindas do aço estrutural.
4. CORROSÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS: COMO EVITAR
Entende-se por corrosão um processo superficial que implica na perda do material
de forma gradativa devido a reações químicas que podem decorrer em corrosão
eletroquímica ou em corrosão química, para aprofundar as definições, causas e modo de
prevenção da corrosão em estruturas metálicas é necessário que se tenha ciência de que
“30% de todo aço (liga metálica feita de aproximadamente 98,5% de ferro, 0,5% a 17%
de carbono e traços de silício, enxofre e fósforo) mundial seja produzido apenas para
repor objetos que foram corroídos” (FOGAÇA, 2017, p. 01) e que
O mecanismo completo da corrosão do ferro ainda não está completamente esclarecido, mas sabe-se que ela está relacionada à oxidação do ferro por meio de agentes oxidantes, que são a água e o oxigênio. Por isso, o ferro oxida-se facilmente quando é exposto ao ar úmido, principalmente se houver grande presença de água (FOGAÇA, 2017, p. 03).
Para sistematizar os principais modos de corrosão em estruturas metálicas, segue
o tópico 2.1 acerca da corrosão uniforme e sobre a corrosão localizada, sendo estas
discussões a base para o estudo da corrosão macroscópica e microscópica onde estão
contidas a corrosão galvânica; corrosão por pites; corrosão por frestas; corrosão
microbiológica; dissolução seletiva; corrosão sob-tensão e corrosão intergranular.
4.1 CORROSÃO UNIFORME E LOCALIZADA
A corrosão uniforme difere das demais por ter como característica a deterioração
de forma contínua em toda a superfície do metal exposto ao ambiente corrosivo, o que
significa dizer que ela acontece em metais e ligas relativamente homogêneos expostos a
ambientes também homogêneos (COELHO, 2015), como o exemplo da imagem a seguir.
Figura 23 – Exemplo de corrosão uniforme
Fonte: Conpleq, 2017.
Em se tratando da corrosão localizada, far-se-á necessário compreender que
como o próprio nome indica trata-se de uma corrosão em um ou mais pontos específicos
do material e este tipo de corrosão pode apresentar diferentes características, sendo
elas:
I. Corrosão galvânica, entendida como o processo que ocorre quando dois metais
que estão em contato acabam expostos a uma solução condutora, de modo que a
diferença de potencial entre os metais impulsionará a passagem de corrente
elétrica, resultando na corrosão do metal que apresenta menor resistência
(COELHO, 2015).
Figura 24 – Corrosão galvânica em ferro e latão
Fonte: CLI Houston, 2017.
Ainda de acordo com Coelho (2015) algumas precauções podem evitar a corrosão
galvânica como a escolha de metais mais semelhantes no que concerne a série
galvânica; o isolamento dos metais; o revestimento; a adição de inibidores que visam
reduzir o impacto do meio corrosivo; a projeção de elementos anódicos com maior
espessura; etc.
II. Corrosão em frestas é entendida, como o próprio nome diz, em um tipo de
corrosão que acontece nas regiões com frestas, nas quais o meio corrosivo pode
entrar e permanecer em condições estagnadas.
A fresta pode ser provocada por um detalhe de projeto, uma falha na execução da
soldagem, resultando em um depósito na superfície do material. De um modo geral
os meios que contém cloretos são particularmente perigosos na corrosão por
frestas nos aços inoxidáveis (JESUS, 2012).
Figura 25 – Corrosão em frestas
Fonte: Ferreira, 2014.
De acordo com Melo (2015) para evitar a corrosão em frestas deve-se evitar o uso
de parafusos, dando preferência às juntas soldadas, atentando-se para que a solda
penetre totalmente o interior da fresta; Fazendo uso de equipamentos na limpeza e;
Utilizando gaxetas sólidas e não-absorventes sempre que possível.
III. Corrosão por pite, também conhecida como corrosão puntiforme se dá em pontos
específicos gerando os “pites” que consistem em cavidades cuja profundidade
excede a sua largura, neste sentido este tipo de corrosão tende a destruir
equipamentos devido a pequenez de sua largura, sendo difícil visualizá-la, mas a
profundidade da corrosão acaba por interferir na estrutura do equipamento
(COELHO, 2015).
Figura 26 – Corrosão por pite
Fonte: SlidShare, 2017.
Visando reduzir os estragos silenciosos da corrosão por pite uma possibilidade seria a aplicação de revestimento de carboneto de tungstênio-cromo na superfície, com posterior polimento de diamante para que a superfície fique isenta de rugosidades que possam ocasionar o surgimento do pite.
IV. Corrosão microbiológica. De acordo com Jambo e Fofano (2008) este tipo de
corrosão ocorre pela ação de micro-organismos que existem naturalmente nas
estruturas metálicas e acabam atuando de maneiras distintas e gerando a
corrosão.
Figura 27 – Corrosão microbiológica
Fonte: Inopetro, 2017.
Como medidas preventivas Jambo e Fofano (2008) apontam o uso de técnicas
eletroquímicas, emprego de biocidas, controle de pH e a análise dos revestimentos
catódicos.
V. Corrosão sob-tensão é um processo fruto de tensões de tração aplicada ao metal,
por este motivo autores entendem este processo como uma fratura no metal.
Figura 28 – Corrosão sob tensão fraturante
Fonte: Silva, 2017.
VI. Corrosão intergranular, acontece em metais policristalinos devido à maior
reatividade dos grãos, sendo esta corrosão incidente nos contorno dos grãos da
rede cristalina do metal, em outras palavras,
A corrosão intergranular ocorre principalmente em aços inoxidáveis, em alguns meios corrosivos, quando a periferia dos grãos fica com menor
quantidade de cromo livre do que o interior dos grãos, tornando-se, assim, regiões anódicas, aonde vão se formar as trincas. Posteriormente ocorrerá o rompimento precoce do material, fenômeno que agora junto aos esforços mecânicos, se denominará de Corrosão sob Tensão (LIMA et al., 2002, p.03)
Entre tantos outros tipos de corrosão que poderiam ser abordados neste trabalho,
foram apresentados os tipos considerados mais frequentes haja vista que um engenheiro
civil deve ter clareza dos tipos de materiais utilizados, seus pontos fortes e fracos e como
aumentar ainda mais seus pontos fortes.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Por meio do presente estudo torna-se evidente que as estruturas metálicas, bem
como o uso do aço na construção civil como um todo, vêm adquirindo cada vez mais
espaço nos projetos e que sua desvantagem econômica vem sendo superada
paulatinamente e é, na mesma medida, compensada pela grande quantidade de
possibilidades arquitetônicas que possibilita.
Nota-se que as estruturas metálicas apresentam um significativo avanço histórico-
social no que concerne à utilização dos materiais pelo homem, perpassando materiais
mais rudimentares como a madeira, a pedra lascada, a pedra polida, o cobre, o estanho,
o bronze, o ferro, a cerâmica, o vidro, entre tantos outros materiais, o que significa dizer
que as estruturas metálicas demandam de maior qualificação de mão de obra e normas
específicas para nortear desde o processo de fabricação até o planejamento, manejo e
montagem.
Os materiais empregados no projeto variam de acordo com o ideal proposto pelo
projetista, de modo que existem diferentes perfis de aço para atender a uma demanda
latente de especificidades. Os perfis podem ser conformados a frio, laminados, soldados
e tubulares, sendo que entre estes perfis de mesmo grupo ainda existem variáveis como
o tipo de costura e afins, de modo a proporcionar maior praticidade ao projetista e melhor
acabamento aos projetos.
Considerando os diferentes materiais e suas especificidades é possível
compreender que a corrosão também ocorre de maneira diferente a variar de acordo com
o material e com as condições do mesmo, sendo que as corrosões podem ser do tipo
uniforme e/ou corrosão localizada de característica macroscópica e microscópica onde
estão contidas a corrosão galvânica; corrosão por pites; corrosão por frestas; corrosão
microbiológica; dissolução seletiva; corrosão sob-tensão e corrosão intergranular.
Percebe-se que as técnicas de construção vêm se tornando cada vez mais
elaboradas e eficazes visando reduzir custos, ampliar as possibilidades, aumentar a
qualidade dos materiais e da obra, por consequência, tornando o trabalho de todos os
envolvidos no processo ainda mais valorizado, garantindo a satisfação do contratante do
serviço. No Brasil, as estruturas metálicas estão conquistando seu espaço de forma mais
tardia do que no exterior, mas torna-se cada vez mais viável, inclusive por questões
ambientais.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRITO, Carla. A Ponte de Coalbrookdale. Estórias da história. 2013. Disponível em: http://estoriasdahistoria12.blogspot.com.br/2013/11/a-ponte-de-coalbrookdale.html. Acesso em: 10/07/2017.
CASTILHO, Antônio Paulo Ferreira de. PESCUMA, Derna. Trabalho acadêmico - o que é? como fazer? : um guia para sua elaboração. São Paulo : Olho d'Água, 2008. CASTRO, Betina Guimarães dos Santos. Utilização de estruturas metálicas em edificações residenciais unifamiliares. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Engenharia Civ il. Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, 2005. xvii, 188f. COELHO, Pedro. Diferentes tipos e formas de corrosão, ENGEQUIMICASANTOSSP. 2015. Disponível em: < http://www.engquimicasantossp.com.br/2015/06/diferentes-tipos-e-formas-de-corrosao.html > Acesso em: 21/09/2017.
CHAMBERLAIN, Z. M., KRIPKA, M. Construção Metálica: Estudos e Pesquisas Recentes. 1.ed. Passo Fundo: Ed. Universidade de Passo Fundo, 2005. 216p. CICHINELL, Gisele C. Coberturas metálicas. Revista Téchne, n.145, abril. 2009. Disponível em: < http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/145/artigo285458-1.aspx > acesso em 4 maio. 2017. DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem. 8ª. Ed. São Paulo: Zigurate Editora, 1997. 297p. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. Corrosão dos metais, Mundo Educação. 2017. Disponível em: < http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/corrosao-dos-metais.htm >Acesso em: 14/09/2017. FONTENELE, Helane Barbosa. Uso e adequação de tensoestruturas à região Amazônica estudo de caso: Feira do Ver-O-Peso em Belém-Pa. 2006. 146 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Pará, Centro Tecnológico, Belém, 2006.
GERKEN, Fernanda de Sousa. Perfis tubulares : aspectos arquitetônicos e estruturais. 2003. 385 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2003. JAMBO, H. C. M. FOFANO, S. Corrosão: Fundamentos, Monitoração e Controle. edição: 1ª , editora: Ciência Moderna, 2008. JESUS, Edilson Rosa Barbosa de. Materiais para fabricação de equipamentos de processo. Revista Iluminart, Ano IV, nº9, Nov/2012. Disponível em: file:///C:/Users/Nat%C3%A1lia%20Navarro/Downloads/137-516-1-PB.pdf. Acesso em: 17/10/2017. LIMA, A. S. ABREU, H. F. G. A. NETO, P. L. SOBRAL, A.V. C. SILVA, M. J.G. Aspectos da corrosão intergranular dos aços inoxidáveis austeníticos AISI 304L, AISI 316L, AISI 321 E AISI 347, usados em refinarias. UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ ,6° COTEQ CONFERÊNCIA SOBRE TECNOLOGIA DE EQUIPAMENTOS, 22° CONBRASCORR – CONGRESSO BRASILEIRO DE CORROSÃO SALVADOR – BAHIA, 2002. MARTINS, M. M. M, Estudo do Comportamento das Ligas de Alumínio 6061 e 6082. Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro. Portugual. Aveiro, 2008. MELO, Hercilio G. de. Corrosão e proteção dos materiais. 2015. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3486831/mod_resource/content/1/CORROSAO%20EM%20FRESTAS_2.pdf. Acesso em: 21/09/2017. PINHEIRO, A. C. F. Estruturas metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. São Paulo: Edgard Blücher, 2005. SOUSA, Rainer Gonçalves. "Idade dos Metais"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/historiag/idade-metais.htm>. Acesso em: 21/08/2017.