UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL
PATOLOGIA DOS EDIFCIOS EM ESTRUTURA METLICA
AUTOR: EDUARDO MARIANO CAVALCANTE DE CASTRO
ORIENTADOR: Prof. Dr. Ernani Carlos de Arajo
Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao do Departamento de Engenharia Civil da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como parte integrante dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil, rea de concentrao: Construo Metlica.
Ouro Preto, setembro de 1999.
II
Castro, Eduardo Mariano Cavalcante de Castro
Patologia dos edifcios em estrutura metlica / Eduardo Mariano Cavalcante de Castro;
Orientador Ernani Carlos de Arajo Ouro Preto, 1999. 202 p.
Dissertao (Mestrado) Universidade Federal de Ouro Preto, 1999
1. Patologia do edifcios em estrutura metlica. I. Ttulo
III
PATOLOGIA DOS EDIFCIOS EM ESTRUTURA METLICA
EDUARDO MARIANO CAVALCANTE DE CASTRO
Dissertao defendida e aprovada em 27 de agosto de 1999, pela Banca
Examinadora constituda pelos professores:
_______________________________ Ernani Carlos de Arajo (Orientador)
Doutor em Estrutura pela Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade Estadual de So Paulo (USP)
_______________________________
_______________________________
_______________________________
IV
DEDICATRIA
Aos pais, por todo apoio prestado no decorrer do
mestrado. todos que direta ou indiretamente me
acompanharam neste projeto.
V
AGRADECIMENTOS
A Deus por estar sempre comigo nessa caminhada.
USIMINAS pelo incentivo tcnico e financeiro das vrias atividades vinculadas
ao Mestrado em Construo Metlica, mostrando assim o seu interesse em promover o
desenvolvimento do uso do ao na construo civil.
s empresas HAIRONVILLE DO BRASIL S.A., PLACO DO BRASIL Ltda,
TINCO ANTICORROSO Ltda, METALPARK ENGENHARIA COMRCIO E
CONSTRUO Ltda., TINTAS SUMAR S.A. e TEKNO CONSTRUES,
INDSTRIA E COMRCIO Ltda pela contribuio no envio de material de pesquisa.
Ao engenheiro Milton Galindo Filho (ARISCO), engenheiro e consultor Eduardo
Assis (CODEME Estruturas Metlicas), engenheiro Carlos Valrio Amorim (CVA
Empreendimentos Ltda), engenheiro Zacarias M. Chamberlain (Universidade de Passo
Fundo), engenheira Rosemary Alves Arcanjo (USIMINAS), pelo auxlio tcnico prestado
no desenvolvimento deste trabalho.
Aos professores e funcionrios do mestrado, por tornarem possvel esta conquista, e
particularmente ao meu orientador, professor Ernani Carlos de Arajo, por sua confiana
no xito deste.
A todos aqueles que direta ou indiretamente colaboraram de alguma forma para o
desenvolvimento deste trabalho.
VI
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Edifcio em construo 1 Figura 2 Lei de evoluo dos custos HELENE35 4 Figura 3 Parte do Cdigo de Hamurabi 12 Figura 4 Exemplo de uma pilha eletroltica genrica 29 Figura 5 Exemplo de um par metlico 30 Figura 6 Corroso em uma ligao metlica DILLON25 43 Figura 7 Corroso em uma coluna de ao DILLON25 43 Figura 8 Exemplo de corroso uniforme em uma coluna metlica 43 Figura 9 Tera metlica totalmente corroda 45 Figura 10 Corroso por fresta DILLON25 46 Figura 11 Recuperao de coluna deteriorada por corroso SANTOS62 48 Figura 12 Formas geomtricas preferenciais SOUZA67,68 54 Figura 13 Arredondamento de cantos SOUZA67,68 54 Figura 14 Detalhamento preferencial SOUZA67,68 55 Figura 15 Usar componentes simples SOUZA67,68 55 Figura 16 Furo de drenagem DIAS24 56 Figura 17 Tipos de cordes de solda SOUZA67,68 56 Figura 18 Preferncia por ligaes de topo SOUZA67,68 57 Figura 19 Acmulo de umidade DIAS24 57 Figura 20 Corroso em frestas 58 Figura 21 Contato bi-metlico COSTA21 58 Figura 22 Base de coluna corroda 59 Figura 23 Detalhe de solidarizao especular SOUZA67,68 60 Figura 24 Mecanismo de corroso por revestimento NUNES50 63 Figura 25 Corte esquemtico de um sistema de revestimento NUNES50 65 Figura 26 Exemplo de ligao 78 Figura 27 Ligao flexvel 79 Figura 28 Ligao rgida 79 Figura 29 Relao momento x rotao para diversos tipos de ligaes
RIBEIRO58 81
Figura 30 Exemplo de ligaes flexveis RIBEIRO58 81 Figura 31 Exemplo de ligaes semi-rgidas RIBEIRO58 82 Figura 32 Exemplo de ligaes rgidas RIBEIRO58 82 Figura 33 Esmagamento da ligao devido a troca do tipo de ligao
JNIOR40 83
Figura 34 Radiografia de uma solda porosa 90 Figura 35 Solda com incluso de escria 94 Figura 36 Solda apresentando mordedura 96 Figura 37 Solda apresentando falta de fuso 97 Figura 38 Solda com falta de penetrao 98 Figura 39 Solda com trincas 100 Figura 40 Diversos tipos de empenamento devido soldagem 102 Figura 41 Solda com superposio 103 Figura 42 Excesso de respingos ao redor da solda 106 Figura 43 Folgas na emenda devido a falta de concordncia - BETINELI12,
ZACARIAS55 108
Figura 44 Ligao indefinida: soldada ou parafusada? - SANTOS62 108
VII
Figura 45 Amassamento das extremidades - SANTOS62 109 Figura 46 No coincidncia entre perfis de diferentes dimenses -
BETINELI12, ZACARIAS55 110
Figura 47 Corroso em ligao parafusada DILLON25 112 Figura 48 Parafuso com acentuado processo de corroso DILLON25 112 Figura 49 Amassamento em ligao para possibilitar o acesso das chaves de
aperto - SANTOS62 113
Figura 50 Falta de furo na coluna - BETINELI12, ZACARIAS55 113 Figura 51 Erro de detalhamento da chapa de ligao - SANTOS62 114 Figura 52 Desalinhamento generalizado da ligao - SANTOS62 114 Figura 53 Erro de projeto: comprimento insuficiente BETINELI12,
ZACARIAS55 114
Figura 54 Erro de projeto: comprimento excessivo BETINELI12, ZACARIAS55
115
Figura 55 Parafuso torto devido a erro na locao do furo BETINELI12, ZACARIAS55
116
Figura 56 Parafusos mal apertados - SANTOS62 116 Figura 57 Falha por insuficincia de parafusos de fixao das telhas sobre as
teras 121
Figura 58 Estrago causado pela presso do vento 122 Figura 59 Falha do fechamento em ponto de alto coeficiente de presso
interna 122
Figura 60 Exemplo de falha por perda de estabilidade 123 Figura 61 Falha de concepo ausncia de um elemento do
contraventamento em K (em vermelho) 125
Figura 62 Base de coluna faltando os chumbadores e com dimenses incorretas do bloco de concreto - SANTOS62
125
Figura 63 Exemplo de falha por escoamento em viga mista 129 Figura 64 Flambagem local da mesa 129 Figura 65 Flambagem local da alma (em corte) 130 Figura 66 Flambagem lateral por toro 131 Figura 67 Falha de viga por esforo cortante 132 Figura 68 Efeito de carga localizada ANDRADE03 133 Figura 69 Falha de coluna por flambagem global 134 Figura 70 Falha de coluna por flambagem local da mesa 135 Figura 71 Falha de coluna por flambagem da alma 135 Figura 72 Corroso na interface entre laje e viga 140 Figura 73 Estrutura metlica com laje macia 140 Figura 74 Vista geral de uma laje mista CODEME18 141 Figura 75 Laje mista + armadura de fissurao e negativa CODEME18 142 Figura 76 Armadura de fissurao na ligao das vigas secundrias (em
planta) CODEME18 143
Figura 77 Descolamento do concreto da chapa de ao CODEME18 143 Figura 78 Mecanismo de falha por descolamento CODEME18 144 Figura 79 Diversos pontos de corroso em uma instalao industrial 144 Figura 80 Laje pr-moldada PREMO 145 Figura 81 Alvenaria 145 Figura 82 Fachada de vidro 146 Figura 83 Placas pr-moldadas PLACO DO BRASIL 146
VIII
Figura 84 Ferros cabelo para receber alvenaria solidarizada em pilar metlico
147
Figura 85 Exemplo de destacamento entre alvenaria de vedao e estrutura devido s movimentaes higrotrmicas diferenciadas
151
Figura 86 Fissuras de cisalhamento em alvenarias nos ltimos pavimentos 152 Figura 87 Deformao da estrutura devido ao vento 152 Figura 88 Trinca em fachada de vidro 153 Figura 89 Junta telescpica com ferro cabelo 154 Figura 90 Junta telescpica sem ferro cabelo 154 Figura 91 Corte esquemtico de uma junta telescpica 154 Figura 92 Junta telescpica na viga superior e no pilar 155 Figura 93 Esquema para instalao de fechamento de tijolos de vidro
COSTA21 155
Figura 94 Esquema para instalao de fechamento de tijolos de vidro COSTA21
156
Figura 95 Esquema de junta telescpica para fechamentos com fachada de vidro COSTA21
156
Figura 96 Esquema de construo em alvenaria para estrutura metlica embutida COSTA21
157
Figura 97 Fissuras em alvenaria sobre balano 158 Figura 98 Detalhe de alvenaria sobre viga contnua 158 Figura 99 Fissura na alvenaria sobre o apoio 158 Figura 100 Fissuras causadas por uma flecha maior na viga inferior 159 Figura 101 Fissuras causadas por uma flecha maior na viga superior 159 Figura 102 Fissuras causadas por flechas idnticas nas vigas inferior e
superior 159
Figura 103 Fechamento composto por painis pr-moldados de gesso PLACO DO BRASIL
160
Figura 104 Fissuras em fechamentos pr-fabricados (painis) 160 Figura 105 Pontos crticos para penetrao de umidade em ligaes e nas
interfaces com o fechamento COSTA21 161
Figura 106 Alvenaria aparente + estrutura metlica COSTA21 162 Figura 107 Contraventamento + junta telescpica 163 Figura 108 Fissura em alvenaria devido a arranjo especfico entre laje pr-
moldada e disposio da viga secundria e alvenaria JNIOR40 164
Figura 109 Fissura horizontal causada por toro da laje de apoio em edifcio com estrutura metlica
165
Figura 110 Seccionamento de perfil estruturas para passagem de tubulao SOUZA62
167
Figura 111 Seccionamento de coluna para passagem de tubulao BETINELI12, ZACARIAS55
167
IX
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Tabela prtica de nobreza em gua do mar NUNES50 31 Tabela 2 Velocidade de corroso NETO48 51 Tabela 3 Esquema de pintura 1 DIAS24 74 Tabela 4 Esquema de pintura 2 DIAS24 75 Tabela 5 Esquema de pintura 3 DIAS24 75 Tabela 6 Esquema de pintura 4 DIAS24 75 Tabela 7 Esquema de pintura 5 DIAS24 75 Tabela 8 Esquema de pintura 6 DIAS24 76 Tabela 9 Esquema de pintura 7 DIAS24 76 Tabela 10 Esquema de pintura 8 DIAS24 76 Tabela 11 Compatibilidade de tintas DIAS24 77 Tabela 12 Eletrodos para soldagem a arco eltrico - OKUMURA51 120
X
LISTA DE SIGLAS
AISI American Iron and Steel Institute ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas BCCA Bloco de concreto celular autoclavado COS-AR-COR Nome comercial para o ao de alta resistncia a corroso produzido pela
COSIPA COSIPA Companhia Siderrgica Paulista CSN Companhia Siderrgica Nacional ddp diferena de potencial EPS poliestireno expandido isopor IBRACON Instituto Brasileiro do Concreto MAG metal active gas MIG Metal inert gas NIOCOR Nome comercial para o ao de alta resistncia a corroso produzido pela
CSN USIMINAS Usinas Siderrgicas Minas Gerais USI-SAC Nome comercial para o ao de alta resistncia a corroso produzido pela
USIMINAS
XI
SUMRIO
DEDICATRIA IV AGRADECIMENTO V LISTA DE FIGURAS VI LISTA DE TABELAS IX LISTA DE SIGLAS X RESUMO XIII ABSTRACT XIV 1. CAPTULO I INTRODUO 1 1.1. JUSTIFICATIVAS 2 1.2. OBJETIVOS 4 1.3. RESTRIES 4 1.4. SISTEMTICA DE ESTUDO 5 2. CAPTULO II - AO, PATOLOGIA E CONSTRUO CIVIL 7 2.1. PEQUENO HISTRICO DA CONSTRUO EM AO NO
BRASIL 8
2.2. AS DEFICINCIAS DA CONSTRUO EM AO NA ATUALIDADE
10
2.3. PEQUENO HISTRICO DA PATOLOGIA DAS EDIFICAES
12
2.4. PORQUE OS PROBLEMAS PATOLGICOS OCORREM 15 2.5. ESTRUTURA DAS PATOLOGIAS 16 2.6. ORIGEM DOS PROBLEMAS PATOLGICOS 17 2.7. AO x CONCRETO 18 3. CAPTULO III PATOLOGIAS DO AO 25 3.1. CORROSO 25 3.1.1. Mecanismo genrico 26 3.1.2. A pilha eletroqumica 28 3.1.3. O meio 35 3.1.4. Relao entre rea andica e rea catdica 41 3.2. CORROSO EM ESTRUTURAS METLICAS 42 3.2.1. Formas de corroso em estruturas metlicas 43 3.2.2. Manuteno 47 3.2.3. Custos de interveno 48 3.2.4. Corroso em elementos galvanizados 48 3.2.5. Corroso em estacas portantes de ao 50 3.2.6. Ao de alta resistncia corroso 52 3.2.7. Recomendaes de projeto para se evitar a corroso 53 3.3. REVESTIMENTOS ORGNICOS 61 3.3.1. Mecanismos de proteo 63 3.3.2. Disposio e classificao das tintas 64 3.3.3. Tipos e aplicaes das tintas 65 3.4. PATOLOGIA DAS TINTAS 67 3.4.1. Defeitos de ordem esttica 68 3.4.2. Defeitos de ordem geral 70 3.4.3. Defeitos de ordem econmica 73 3.4.4. Sugestes para esquemas de pintura 74 3.4.5. Recomendaes 77
XII
3.5. LIGAES 78 3.6. PATOLOGIA DAS LIGAES 84 3.6.1. Patologia das ligaes soldadas 85 3.6.1.1. A influncia do soldador 88 3.6.1.2. Controle de qualidade 88 3.6.2. Anlise das patologias da solda 89 3.6.3. Condies bsicas para o sucesso na soldagem eltrica 107 3.6.4. Defeitos de execuo das ligaes soldadas 107 3.6.5. Patologia das ligaes parafusadas 110 3.6.6. Recomendaes de norma 116 3.6.6.1. Parafusos 117 3.6.6.2. Soldas 118 3.7. FALHA ESTRUTURAL 120 3.7.1. Acidentes aerodinmicos 120 3.8. PERDA DE ESTABILIDADE ESTRUTURAL 123 3.8.1. Modos de perda de estabilidade dos perfis estruturais 127 4. CAPTULO IV - PATOLOGIAS DO SISTEMA
CONSTRUTIVO 136
4.1. PATOLOGIA DAS LAJES 139 4.2. FECHAMENTO PARA EDIFCIOS DE AO 145 4.2.1. Patologia dos fechamentos 148 4.2.2 Observaes importantes 162 4.3. Interferncias entre projetos 166 5. CAPTULO V CONCLUSO 169 5.1. CONSIDERAES FINAIS 170 5.2. SUGESTES 171 ANEXO A RECOMENDAES 173 ANEXO B GLOSSRIO 177 BIBLIOGRAFIA 184
XIII
RESUMO Atualmente existem vrios estudos e publicaes envolvendo patologia dos
edifcios no meio acadmico, mas, na grande maioria deles, o tipo de construo abordada aquela em que a estrutura executada em concreto armado. Com menos nfase, temos ainda alguns estudos envolvendo as patologias das construes em madeiras e por ltimo, de modo bem sucinto, alguns artigos relativos s construes em ao.
Sendo o ao um material de natureza e caractersticas bastante diferenciadas das do
concreto armado e da madeira, verifica-se que alguns dos problemas que surgem quando de sua utilizao so bastante especficos. imperativo saber lidar com estes problemas para poder manter o desempenho de qualquer edificao em patamares aceitveis durante sua vida til. Porm, em nosso pas, muito pouco se conhece sobre esta metodologia construtiva, e conseqentemente os diversos problemas que surgem em funo de sua utilizao nas construes, muitas vezes, so resolvidos de maneira inadequada e ineficientes.
Neste trabalho apresentado um levantamento de problemas patolgicos que
ocorrem nas construes executadas em estrutura metlica e que necessariamente esto vinculados com a estrutura. Procurou-se tambm indicar solues propondo procedimentos de manuteno, reparos e reforos, estabelecendo assim critrios para se prevenir e fiscalizar as causas das patologias. No desenvolvimento do trabalho no se analisa os aspectos estatsticos, e conforme a norma brasileira para dimensionamento de edifcios de ao, NBR 8800/8608, os estudos restringem-se a edifcios residenciais, comerciais e industriais, cujo elemento de sustentao seja o ao estrutural.
XIV
ABSTRACT
It has existed today in the academic middle several studies and publications involving pathology of the buildings, but, in their great majority, the type of approached construction is that which the structure is executed in reinforced concrete. With less emphasis, we have had still some studies involving the pathologies of wood structures and at last, in a very brief way, some relative articles to the steel structures.
Because the steel is a material of nature and quite differentiated characteristics from the one of the reinforced concrete and wood, it is verified that some of the problems that appear when it is used they are quite specific. It is imperative to know how to work with these problems in order to maintain the performance of any construction in acceptable levels during its useful life. However, in our country, it is known a few about this constructive methodology, and, consequently, the several problems that appear in function of its use in the constructions many times are resolved in an inadequate and inefficient way.
In this document it has been presented a rising of pathological problems that happen in the constructions executed in metallic structure and that are necessarily linked with the structure. It was also tried to indicate solutions proposing maintenance procedures, repairs and reinforcements, establishing some criterious to take precautions and to fiscalize the causes of the pathologies.
In the development of the document it is not analyzed the statistical aspects, and according to the Brazilian norm to design steel buildings, NBR 8800/8608, the studies limit to residential, commercial and industrial buildings, whose sustentation element is the structural steel.
1
CAPTULO I.
1. INTRODUO
interessante notar a reao das
pessoas ao se depararem com uma
edificao estruturada em ao. Estamos to
acostumados a ver estruturas de concreto
que quando nos deparamos com um edifcio
de ao, ou mesmo de qualquer outro sistema
estrutural, muitas vezes desviamos a
ateno para observar a edificao. da
natureza do homem observar fatos
estranhos ao seu cotidiano, e o contraste que
um sistema construtivo diferente,
particularmente a estrutura metlica, causa
em um ambiente urbano no Brasil ainda
gera este tipo de reao nas pessoas (figura
1).
Mas, deixando de lado questes estticas e psicolgicas, vamos voltar nossa
ateno para aspectos tcnicos das edificaes em ao. A inteno de se introduzir o
assunto dessa maneira serviu apenas para apresentar a edificao de ao como um
elemento que ainda no possui penetrao no segmento da construo civil brasileira. E
qual o objetivo de se apresentar a situao desta forma? Simplesmente para mostrar que a
Figura 1 Edifcio em construo
2
estrutura metlica no um sistema estrutural difundido entre a populao, incluindo aqui
grande parcela do setor da construo civil. Isso significa que, do servente at o mestre de
obra, passando ainda por engenheiros e arquitetos, poucos so aqueles que possuem o
conhecimento tcnico mnimo para conceber e construir um edifcio de ao sem a
ocorrncia de problemas tpicos deste tipo de construo.
O concreto armado ainda hoje o principal modelo estrutural adotado na maioria
das construes brasileiras. O seu aspecto construtivo amplamente difundido, de fcil
aprendizagem e, principalmente, de fcil aquisio, o que o torna preferencial em relao
aos demais sistemas estruturais. Estes e outros fatores contriburam decisivamente para que
se instalasse no pas uma cultura do concreto, e essa cultura se enraizou de tal maneira
que hoje as estruturas de ao ocupam uma parcela menos expressiva das construes.
No queremos aqui negar as qualidades e benefcios do concreto. Se ele alcanou
tal nvel de penetrao nas construes em geral porque com certeza possui suas
vantagens, e negar isso seria no mnimo insensato. Mesmo as edificaes em ao,
usualmente, possuem vrios elementos executados em concreto tais como as fundaes,
lajes, escadas e reservatrios. O ao no est proposto aqui com o intuito de substituir o
concreto. Procuramos apenas apresent-lo como elemento alternativo para ser utilizado nas
edificaes, e que em determinadas circunstncias se mostra muito mais adequado
situao do que as edificaes em concreto armado.
Porm isso tambm implica na necessidade de se fazer uma divulgao dos
aspectos construtivos do ao, incluindo aqui os problemas tpicos que acometem este
sistema estrutural. Da a importncia do estudo das patologias de edifcios estruturados em
ao para que os envolvidos com este campo tenham uma referncia na hora de executarem
suas edificaes.
1.1. JUSTIFICATIVAS
Uma edificao deve oferecer condies de uso, segurana e conforto de forma que
as atividades ali desenvolvidas no sofram interferncias do meio em que est inserida.
Qualquer situao anormal que venha a ocorrer com a edificao pode causar prejuzos de
toda ordem de grandeza em conseqncia da alterao destas atividades. Devemos estar
atentos e preparados para perceber, identificar e propor solues para estes problemas.
Vrios so os motivos pelos quais deve-se ressaltar a importncia do estudo das patologias
3
e seus processos de ocorrncia. Mas as justificativas de maior relevncia esto relacionadas
abaixo:
i. Necessidade de divulgao e esclarecimento das manifestaes patolgicas e de suas
respectivas terapias;
ii. so fenmenos evolutivos - quanto antes detectadas, menor o custo da recuperao
(figura 2);
iii. fornecer subsdios para preveno atravs de controle de qualidade mais apurado;
iv. orientar as intervenes de forma a otimizar os custos e processos de recuperao, de
acordo com o item 1.3 da NBR 8800/8608;
v. carncia de pesquisas e publicaes na rea de construo metlica;
vi. condicionar novos mtodos construtivos;
vii. estabelecer uma nova linha de pesquisa;
viii. subsidiar a reviso das normas;
ix. divulgao da cultura do ao.
O aspecto financeiro , sem sombra de dvida, o de maior destaque entre todos. J
foi comprovado para as estruturas de concreto armado que a soma dos custos de execuo
de uma edificao com o custo de estudo e correo de qualquer manifestao patolgica
sempre maior que o custo de execuo e manuteno de uma estrutura com desempenho
adequado. Em uma linguagem mais simples significa dizer que mais barato construir com
qualidade, com programao de manuteno, do que economizar na construo, em
detrimento da qualidade, implicando em futuros gastos com recuperao da estrutura. Isso
sem contar que os gastos com recuperao crescem em progresso geomtrica a medida
que se posterga a tomada de decises (figura 2).
Este grfico mostra que para se conseguir a mesma qualidade e durabilidade, gasta-
se cinco vezes mais medida que se posterga a tomada de decises. Parece um tanto
exagerado, mas coerente com a realidade. Diante deste quadro, consideramos importante
um trabalho que traga um maior esclarecimento a respeito das morbidades que acontecem
nas edificaes estruturadas em ao.
4
1 5
25
125
0
20
40
60
80
100
120
140
CUSTO RELATIVO DAINTERVENO (emunidade monetria)
PROJETO EXECUO MANUTENOPREVENTIVA
MANUTENOCORRETIVA
FASE DA PRODUO
LEI DE EVOLUO DOS CUSTOS
1.2. OBJETIVOS
i. Fazer um levantamento das patologias em edificaes estruturadas em ao;
ii. estabelecer suas origens, causas, mecanismos e terapias;
iii. comparar com as edificaes estruturadas em concreto;
iv. discutir o custo das intervenes para os casos de patologia apresentados.
1.3. RESTRIES
As restries a seguir procuram delimitar a extenso da pesquisa de modo a
complementar os objetivos apresentados anteriormente. Isso importante para se definir o
campo de atuao no qual a pesquisa foi baseada, evitando assim levar em conta qualquer
tipo de patologia dos edifcios em estrutura metlica.
i. Desvinculao de fatores estatsticos;
ii. vinculao obrigatria do problema patolgico com a estrutura metlica;
Figura 2 Lei de evoluo dos custos - HELENE35
5
iii. edificaes de uso residencial, comercial ou industrial, de acordo com o item 1.2 da
NBR 8800/8608;
iv. enfoque para problemas mais comuns.
1.4. SISTEMTICA DE ESTUDO
Este trabalho visa apresentar os problemas mais comuns, no s estruturais como
tambm construtivos, relativos a esse sistema, apresentando de forma simples uma relao
das patologias mais comuns, suas origens, causas e tambm propor terapias, de forma a se
criar um banco de dados consistente. Essa sistematizao de informaes dever servir de
auxlio visando identificar as causas mais comuns dos problemas e as possibilidades de
reparao ou reforo necessrios de forma que a edificao cumpra seu papel
satisfatoriamente. Inicialmente procuraremos adotar a mesma filosofia de trabalho utilizada
nos edifcios com estrutura de concreto armado. Esta analogia servir como diretriz para os
trabalhos de pesquisa, possibilitando tambm fazer um paralelo entre os dois tipos de
estrutura.
O trabalho ser subdividido da seguinte forma:
Captulo II
Abordagem geral sobre edifcios em ao, patologia e terapia das edificaes,
diferenas bsicas entre as edificaes de ao e as de concreto. Consideraes sobre
patologias em edificaes de ao.
Captulo III
Estudo de mecanismos bsicos de patologias na estrutura de ao e seus
componentes.
Captulo IV
6
Descrio dos principais tipos de patologias relativas construo devido a sua
interao com a estrutura. Infiltraes, trincas em alvenaria devido a movimentao da
estrutura (dilatao trmica, deslocamentos, efeitos do vento), infiltraes e falhas dos
fechamentos. Consideraes sobre metodologias construtivas.
Captulo V
Concluso, consideraes finais e sugestes para novos trabalhos.
7
CAPTULO II.
2. AO, PATOLOGIA E CONSTRUO CIVIL
muito difcil para qualquer pessoa se enveredar por novos caminhos,
principalmente quando estes no esto exatamente definidos. O homem tende sempre a
desconfiar de novas tecnologias simplesmente pelo fato de no se ter domnio sobre ela.
Porm, a partir do momento em que ele passa a dominar esta tecnologia, ele no somente a
adota em seu cotidiano como tambm passa a difundir e desenvolver a mesma.
Com a estrutura metlica a coisa no podia ser diferente, pelo menos em termos de
Brasil. Ainda mais quando j existe um sistema estrutural relativamente eficiente e com
caractersticas amplamente difundidas entre os construtores em geral: o concreto armado.
Ns fazemos parte de uma gerao que nasceu e cresceu com uma mentalidade voltada
para este sistema. uma linguagem comum a todos os canteiros de obras, e portanto
natural que nos sintamos desconfortveis quando pensamos em empregar o ao estrutural,
ou outro sistema qualquer, no lugar do concreto armado. Pior ainda quando optamos por
algum e comeam a aparecer problemas que normalmente no ocorrem nas edificaes em
concreto armado, ficando ento aquela imagem negativa, que a pior conseqncia entre
todas.
Ficamos ento em um impasse: qual o melhor sistema a ser empregado sem que
corramos riscos de adaptao com o novo sistema? A resposta simples: qualquer sistema
que melhor satisfaa as nossas necessidades, incluindo a outros sistemas como a madeira,
alvenaria estrutural e at mesmo outros sistemas no convencionais, como o bambu (muito
usado nos pases asiticos) e outros. Existe uma diversidade muito grande de situaes
construtivas em que um mais adequado que o outro. Cabe ao corpo tcnico decidir qual o
8
mais apropriado para uma situao especfica. Nessa escolha devem ser levados em conta
as vantagens e desvantagens de cada um, o que acaba por pesar para um mais que para
outro. Com certeza o fator custo o mais relevante na hora de se fazer a escolha, mas no
podemos simplesmente nos prender a um deles porque com ele que ns sabemos
trabalhar.
2.1. PEQUENO HISTRICO DA CONSTRUO EM AO NO BRASIL
Historicamente verifica-se que o principal fator que emperrou o desenvolvimento
do ao na construo foi a demora na criao das siderrgicas em territrio nacional. Isso
gerou uma grande dificuldade no fornecimento de perfis estruturais, que tinham de ser
importados, e fez com que o ao se tornasse invivel tanto tcnica como economicamente
para a grande maioria das aplicaes na construo civil. De acordo com DIAS23 as
primeiras obras em ao eram vinculadas construo das primeiras estradas de ferro no
Brasil. Eram estaes ferrovirias e algumas pontes de ao importadas da Inglaterra ainda
no tempo do imprio. Para a construo da primeira usina siderrgica de grande porte em
territrio nacional (Companhia Siderrgica Nacional) foi preciso importar perfis metlicos
para a concluso dos galpes. Mesmo na poca do surgimento de Braslia, onde havia
condies favorveis ao uso do ao devido pressa e disponibilidade de recursos
financeiros, todos os prdios dos ministrios e os dois prdios anexos do Congresso foram
executados com estrutura de ao importados. E ainda assim as obras de maior destaque so
justamente aquelas executadas em concreto, como o Palcio do Planalto, as cpulas do
Congresso Nacional, a Catedral de Braslia, o Palcio da Alvorada e outros.
At a dcada de 70, as construes metlicas eram restritas praticamente a
instalaes industriais e galpes metlicos. Somente a partir de meados dos anos 80 a
estrutura metlica comeou a ser utilizada em maior escala em nosso pas. Existe uma
dificuldade muito grande em se trabalhar com esse sistema pois os construtores ainda
utilizam a mesma sistemtica construtiva do concreto para o ao. A primeira coisa que
devemos ter em mente que a estrutura metlica possui uma metodologia construtiva
prpria, e no ter conhecimento dessa tecnologia implica em se adotar uma soluo que
pode ser incompatvel com o sistema estrutural (ver item 2.7). Surgem ento os problemas,
e a estrutura metlica acaba adquirindo uma imagem negativa por um problema que no
est diretamente vinculado a ela.
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Este histrico da construo metlica serve para mostrar que a introduo dela no
mercado brasileiro foi bastante recente e se direcionava basicamente para instalaes
industriais e edifcios leves. Com isso o desenvolvimento de tecnologia construtiva para
outros tipos de edificaes metlicas ficou relegada a um segundo plano, e as
conseqncias disso so sentidas ainda hoje. Devido a uma incapacidade tcnica (ver item
2.5.b) a construo metlica padece de alguns males que poderiam ser facilmente evitados.
A construo em ao hoje
Estamos vivendo atualmente uma expanso do uso de novas tecnologias de
construo, incluindo aqui outros sistemas estruturais. O ao est sendo redescoberto pelos
nossos projetistas, que esto procurando aproveitar suas vantagens. Mesmo que em alguns
casos essa opo implique em um custo maior, este quase sempre amortizado pela
economia decorrente de outros aspectos. Hoje o maior mercado para o ao dentro do
segmento da construo civil se encontra na construo de prdios industriais e de
shoppings centers devido justamente as suas caractersticas estticas, de industrializao e
rapidez, e em alguns casos sua elevada capacidade de carga. Edifcios comerciais, teatros,
escolas e outros tambm so projetados, mas em uma escala bem menor. Infelizmente, este
setor ainda restrito somente a alguns segmentos de maior poder aquisitivo do mercado,
mas percebe-se que pouco a pouco, o ao vem abrindo espao e se popularizando,
ocupando uma parcela cada vez maior dentro do mercado.
Por que a estrutura metlica ainda no deslanchou no Brasil como em outros
pases? A resposta relativamente simples: apesar de o Brasil ser um dos maiores
produtores mundiais de ao, o preo da estrutura de ao ainda mais caro do que a de
concreto. At hoje, o maior entrave para uma maior penetrao do ao ainda est em seu
elevado custo diante do concreto. Porm esta uma situao que tende a se equilibrar visto
que o ao possui um grande potencial de crescimento devido s suas vantagens pouco
exploradas, enquanto que o concreto est em uma posio j estabilizada, e com alguns
problemas de ordem tcnica, tais como desperdcio de materiais, desnveis, desaprumos,
velocidade de construo, etc. Estes problemas geram custos que ficam agregados
construo, e normalmente no so computados no preo final da obra, esto sendo muito
considerados por algumas empresas .
Alm disso, a maior vantagem da estrutura metlica atualmente a grande reduo
10
de prazos de construo. Automaticamente isso implica tambm em um maior desembolso
por parte dos agentes financiadores, j que eles tm que desembolsar uma quantia um
pouco maior em menos tempo, e nem sempre existe essa disponibilidade financeira.
Conclumos com isso que nem sempre a melhor soluo tcnica a mais indicada.
Atualmente h tecnologia disponvel para resolver todos os problemas que
aparecem nas construes de ao. Contudo o caminho para se adquirir este conhecimento
pode ser bastante sinuoso, e este exatamente um dos maiores entraves quando o assunto
estrutura metlica. Difundir esta tecnologia construtiva nos meios envolvidos consiste em
um dos primeiros passos para a popularizao das estruturas metlicas.
2.2. AS DEFICINCIAS DA CONSTRUO EM AO NA ATUALIDADE
Quando se faz a opo pelo ao v-se que o processo construtivo quase artesanal
e aplicado a um sistema estrutural apropriado a uma filosofia industrial, ou seja, estamos
construindo com o ao praticamente da mesma maneira que com o concreto, ou seja, tijolo
sobre tijolo. Isso no necessariamente implica na ocorrncia de problemas de
compatibilidade entre os elementos estruturais de ao e os diversos elementos construtivos,
porm se as diferenas no forem consideradas em pontos especficos durante as etapas de
concepo, projeto e construo, fatalmente os problemas aparecero. Este e outros fatores
contribuem bastante para a ocorrncia de problemas patolgicos, que so os objetos de
estudo dessa pesquisa.
Mas, como elemento estrutural alternativo ao concreto armado, o uso do ao
estrutural na construo civil tambm requer um maior nvel de qualificao das pessoas
que trabalham com esta tecnologia. Isso porque a prpria concepo do projeto em ao
diferente: planejada, industrializada, pr-fabricada, montada in loco, etc. Atualmente esta
tecnologia est se difundindo gradualmente em nossa cultura. Vrias universidades,
associaes e empresas vinculadas ao setor metalrgico esto se empenhando para tornar o
ao um produto capaz de competir com o concreto e outros sistemas estruturais. Porm
constata-se que o pas ainda muito carente em pesquisas e publicaes a respeito desse
assunto. A falta de conhecimento tcnico sobre concepo, materiais, clculo e construo
muitas vezes implica em produtos cuja qualidade fica comprometida. Tambm os estudos e
pesquisas relativas a esta rea ficaram relegados a um segundo plano, e s recentemente
tem se procurado este desenvolvimento, incentivando o uso do ao na construo civil e
11
diminuindo a defasagem tecnolgica que existe em relao aos pases mais desenvolvidos.
Outro entrave importante acontece ainda durante a etapa de concepo da obra. Os
arquitetos em geral tm muitas dificuldades em conceber uma edificao com estruturas
metlicas pois, muitas vezes, eles utilizam a mesma lgica conceptiva do concreto armado.
Constata-se hoje que vrios edifcios construdos em ao foram concebidos originalmente
em concreto armado e depois adaptados para o ao. Uma edificao com estruturas
metlicas tem que nascer com uma concepo em ao para aproveitar melhor as suas
potencialidades. Aspectos como modulao, grandes vos, lajes pr-fabricadas, painis de
fechamentos e outros so importantes para a obteno de um melhor resultado. No
podemos esquecer ainda de levar em considerao as suas prprias limitaes, como a
proteo contra incndio e a falta de diversidade de perfis estruturais, o que diminui um
pouco a margem de aplicao do ao.
Normalmente as publicaes que tratam sobre estrutura metlica se restringem ao
comportamento, clculo e dimensionamento das mesmas. Poucas se referem a concepo
arquitetnica, estrutural e aos procedimentos construtivos. Quase no existem trabalhos em
lngua portuguesa que abordem especificamente as tcnicas, procedimentos e materiais
adotados para construo e manuteno em ao. O prprio ensino universitrio apresenta
deficincias em relao a este assunto pois as disciplinas relacionadas com a concepo de
projetos e com a construo civil so basicamente direcionadas para as estruturas de
concreto e pouca abordagem oferecida em se tratando das estruturas de ao. Assim fica
bem mais difcil se evitar a ocorrncia de problemas patolgicos pois vrias informaes
necessrias para um perfeito entendimento de tal sistema estrutural no so to difundidos
quanto aqueles relacionados com as estruturas em concreto armado.
Atualmente ainda existem reas da estrutura metlica no Brasil que no possuem
normas especficas, ou quando possuem estas esto defasadas, obrigando as pessoas que
trabalham no setor a recorrerem a publicaes estrangeiras que nem sempre so coerentes e
adaptveis com a nossa realidade. As empresas que atuam no ramo de siderurgia e
estrutura metlica esto, j a algum tempo, promovendo e incentivando estudos referentes
construo metlica como um todo. Procura-se assim preencher as lacunas existentes de
forma a proporcionar condies para a aplicao deste tipo de elemento estrutural. Citamos
aqui os grupos de estudos que esto desenvolvendo as novas normas brasileiras para
dimensionamento de perfis formados a frio e proteo de estruturas de ao em situao de
incndio (a serem publicadas).
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2.3. PEQUENO HISTRICO DA PATOLOGIA DAS EDIFICAES
Segundo MCKAIG47 e LICHENSTEIN44, o cdigo de Hamurabi (Babilnia,
1950 A.C. figura 3), consiste na primeira forma de reconhecimento da existncia de
problemas construtivos. Basicamente resumia-se em um conjunto de cinco leis que
estabeleciam a responsabilidade do construtor com o dono da edificao caso esta
apresentasse problemas ou chegasse ao colapso:
i. Se um construtor constri uma casa para um homem e esta no for forte o bastante, e
a casa que ele construiu entrar em colapso causando a morte do dono, o construtor
dever ser condenado morte;
ii. se um construtor causar a morte do filho do dono da casa, ento o filho do construtor
dever ser condenado morte;
iii. se um construtor causar a morte de um escravo do dono da casa, ento o construtor
dever ressarcir o dono da casa com outro escravo de igual valor;
iv. se o construtor destruir uma propriedade do dono da casa, ento ele dever reconstruir
esta propriedade por sua prpria conta;
v. se o construtor construir uma casa para um homem e no a construir de acordo com as
especificaes, se uma parede estiver ameaando cair, o construtor dever refor-la
por sua prpria conta.
Verifica-se que era uma relao que consistia em se intimidar o construtor para que
ele produzisse uma casa segura para o seu dono. Estes por sua vez procuravam sempre
seguir os mtodos tradicionais de construo para se evitar riscos inerentes a qualquer
metodologia construtiva nova.
Vrios casos de colapsos das edificaes esto relatados no decorrer da histria.
Porm, devido a no catalogao sistemtica das causas e tambm das diferentes
Figura 3 Parte do Cdigo de Hamurabi
13
tecnologias construtivas entre as construes atuais e as antigas, vamos nos ater somente
para os casos ocorridos a partir da Revoluo Industrial. Isto porque foi somente a partir
desta poca que a demanda por construes de grande porte comeou a exigir novas
tecnologias de construo. A tradicional estrutura de pedras, madeira e alvenaria comeava
ento a dar lugar para as novas metodologias construtivas em ao e em concreto armado,
amplamente utilizadas at os dias atuais.
Segundo HELENE36, em 1856, Robert Stephenson, ento presidente do Instituto
dos Engenheiros Civis da Gr-Bretanha, props a primeira catalogao de acidentes,
casualidades e procedimentos corretivos visando a sistematizao de informaes para
futuros trabalhos de preveno. A partir de ento vrios trabalhos foram executados
visando estabelecer as causas e conseqncias dos diversos problemas patolgicos que
ocorriam nas construes em geral.
Em 1926, Henry Lossier emprega o termo patologia para delimitar o estudo dos
danos nas estruturas de concreto armado, ressaltando ainda que o estudo dos acidentes e
suas causas tambm fazem parte da engenharia. Em 1951 o italiano Caetano Casteli
publica um livro sobre os problemas no concreto armado denominado Patologia del
Cemento Armado. Em 1976 o Instituto Eduardo Torroja (Espanha) implanta o primeiro
curso de especializao na rea de patologia denominado Patologia de las
Construcciones, destinado a professores e pesquisadores que atuam na rea de engenharia
civil. Contudo a maioria destes trabalhos teve seu enfoque direcionado basicamente para as
estruturas de concreto.
Incio no Brasil
De acordo com LICHENSTEIN44 o estudo das patologias no Brasil somente tomou
impulso a partir dos grandes acidentes ocorridos no ano de 1971 com o pavilho de
exposies da Gameleira em Belo Horizonte, e o viaduto Paulo Frontin no Rio de Janeiro.
No ano seguinte, aps um ciclo de palestras abordando o assunto, foi fundado o IBRACON
Instituto Brasileiro do Concreto que veio finalmente promover um estudo sistematizado
sobre os problemas patolgicos que ocorrem nos edifcios em concreto.
Em nvel nacional a Escola Politcnica da Universidade de So Paulo foi a primeira
a implementar um curso de especializao sobre Patologia das Construes, em 1979.
Tambm a Universidade Federal do Rio Grande do Sul tem apresentado relevante
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contribuio no desenvolvimento de pesquisas na rea de patologia. Desde ento vrios
trabalhos foram publicados sedimentando os conceitos e idias a respeito desse assunto.
Contudo, a grande maioria destes envolvia as edificaes estruturadas em concreto.
Panorama atual da patologia das edificaes
A patologia das edificaes uma das mais recentes reas de pesquisa que esto em
destaque dentro da engenharia civil, no s no Brasil como tambm nos demais pases.
Felizmente as discusses atuais procuram abordar no somente o aspecto da segurana,
mas tambm o resultado da obra acabada no atendimento s satisfaes e anseios dos
usurios. Assim no somente os problemas estruturais so abordados como tambm os
problemas dos demais componentes. Muitas reas j foram pesquisadas, destacando-se
particularmente as estruturas de concreto armado. Tambm j foram feitos diversos
trabalhos sobre fundaes, alvenarias, argamassas, madeiras e outros.
J em relao s estruturas de ao, no se conhece algum trabalho sobre patologia
desenvolvido especificamente para a engenharia civil. O que existe so trabalhos de carter
genrico que possuem aplicaes neste campo, como por exemplo estudos sobre corroso.
Tambm porque o estudo das patologias encontradas nos edifcios com estrutura metlica
requerem um certo conhecimento prtico que somente aqueles que esto envolvidos com
edifcios de ao possuem. A maior parte dos problemas catalogados se referem a
aplicaes que estes possuem em diversos tipos de indstrias.
No IV CONGRESSO IBEROAMERICANO DE PATOLOGIA DAS
CONSTRUES20, realizado em outubro de 1997 na cidade de Porto Alegre/RS, verifica-
se que nenhuma das palestras abordava temas sobre patologia dos edifcios em construo
metlica. No que isso seja um descaso para com este tipo de construo, s que no fcil
encontrar engenheiros pesquisadores afins com esta rea.
Segundo ARANHA04, apesar de existir um nmero muito grande de edificaes
reparadas ou reforadas (principalmente em concreto armado e protendido), ainda no
dispomos de regulamentao especfica ou mtodos normalizados para reparao. Somente
a Austrlia possui Norma Oficial para a realizao de reparos. Na Espanha, em obras onde
o controle de qualidade esteve presente de forma aguda e eficiente, tem sido possvel
observar a reduo ou at mesmo a inexistncia de patologias.
Em nossas escolas de engenharia, arquitetura e cursos tcnicos muito se aprende
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sobre como calcular, projetar e construir, mas, no que se refere manuteno e
recuperao das edificaes, somente de alguns anos para c que se comearam a
desenvolver e divulgar estudos cientficos visando identificar e solucionar os diversos
casos.
2.4. PORQUE OS PROBLEMAS PATOLGICOS OCORREM
Segundo HELENE36, os problemas patolgicos normalmente so provocados pela
ao de agentes agressivos, aos quais a edificao no capaz de se adaptar de pronto no
momento oportuno. Raramente a ao do agente agressivo tem valor absoluto. Entre vrias
edificaes expostas ao das mesmas condies de exposio, algumas passam a
apresentar problemas patolgicos e outros no, e, alm disso, entre aquelas que os
apresentam, umas apresentam um quadro grave, enquanto que outras apresentam um
quadro atenuado.
Cada edificao possui uma resistncia caracterstica ao de cada um dos agentes
agressivos. A edificao pode ser imune determinada intensidade de atuao de
determinados agentes e no o ser para intensidades maiores. Por outro lado, pode acontecer
das caractersticas da edificao favorecerem a ao de um agente agressivo. A
predisposio da estrutura, ou de uma de suas partes, para apresentar problemas
patolgicos pode ser originada durante a fase de projeto, de construo ou ser adquirida na
fase de uso.
Diante deste quadro de incerteza, no possvel prever qual ser a reao da
edificao quando submetida ao agente agressivo, muito menos estabelecer um controle
sobre este. Uma determinada patologia pode ter diversas causas e origens, apesar de o
mecanismo de desenvolvimento ser um s. Por outro lado, se determinarmos os diversos
tipos de origens poderemos realizar um trabalho de preveno atravs de um bom
planejamento e manuteno.
O entendimento integral deste processo de interao indispensvel. A este
entendimento, que explica cientificamente os fenmenos ocorridos e seu desenvolvimento
damos o nome de diagnstico, e a partir dele que se estabelecem medidas de preveno
ou correo de problemas.
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2.5. ESTRUTURA DAS PATOLOGIAS
De acordo com COZZA22, citando o engenheiro Paulo Alcides Andrade, podemos
dividir as principais patologias das estruturas metlicas em trs categorias: adquiridas,
transmitidas e atvicas.
a) Patologias adquiridas
So patologias estruturais provenientes da ao de elementos externos, ou seja, a
estrutura sofre a ao de agentes agressivos: lquidos corrosivos, atmosfera poluda,
incndios, vibraes, etc. So resultantes, em geral, de problemas relacionados com a falta
de preparo inicial da estrutura ou com a falta de manuteno. o tpico caso de estrutura
que no consegue se adaptar ao do agente patolgico. A corroso a mais freqente e
visvel delas.
b) Patologias transmitidas
Originrias de vcios ou desconhecimento tcnico do pessoal de fabricao ou
montagem da estrutura, ou construo civil. So transmitidas de obra para obra por simples
ignorncia. Podemos citar como exemplo as soldas sobre superfcies pintadas ou
enferrujadas, cuja presena das impurezas podem se incorporar solda prejudicando seu
desempenho, ou ainda a no utilizao ou m aplicao de mastique em juntas sujeitas a
infiltrao. Incluem-se aqui os casos de falta de prumo.
c) Patologias atvicas
So patologias resultantes de m concepo de projeto, erros de clculo, escolha de
perfilados ou chapas de espessura inadequada, ou ainda do uso de tipos de ao com
resistncia diferentes das consideradas no projeto. Muitas vezes comprometem a segurana
e funcionalidade da estrutura e esto relacionados com o descuido, cobia ou economia.
So difceis de serem reparadas e normalmente exigem uma recuperao de alto custo.
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2.6. ORIGEM DOS PROBLEMAS PATOLGICOS
De acordo com MCKAIG47, normalmente os problemas patolgicos das edificaes
tm sua origem devido a ignorncia, descuido ou cobia do homem. Abaixo temos uma
lista classificando as causas das patologias na construo. No uma lista restrita apenas a
edifcios, podendo ser vinculada a qualquer tipo de obra de engenharia.
a) Ignorncia
i. Incompetncia dos homens responsveis pelo projeto, construo ou inspeo;
ii. superviso por chefes ou encarregados sem a mnima qualificao;
iii. contratao de manuteno por homens sem a mnima qualificao;
iv. homens sem a mnima qualificao tcnica fazendo suposies de vital
responsabilidade que deveriam ser de atribuio de seus respectivos encarregados;
v. competio sem superviso;
vi. ocorrncia de situaes sem precedentes anteriores;
vii. insuficincia de informaes preliminares.
b) Descuido
i. Por parte de engenheiros e arquitetos que, devido a sua auto confiana, relegam a
segundo plano pontos importantes do trabalho;
ii. do empreendedor ou do supervisor que aproveita uma chance sabendo que ele est se
arriscando;
iii. do projetista por no fazer uma correta coordenao na produo dos projetos.
c) Cobia / economia
i. Diminuio de custos em detrimento de aspectos como segurana e qualidade;
ii. manuteno relegada a um segundo plano.
difcil conceber algum tipo de falha que no esteja includa em um destes itens. O
mais comum deles a ocorrncia de problemas patolgicos devido ignorncia do
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homem, pois, quando este detm o conhecimento, preciso que exista outro motivo (ou
motivos) para que ele no atinja o seu objetivo da melhor maneira possvel. J o descuido
vinculado a grupos de trabalho que no possuem um controle de qualidade eficiente. E a
cobia , moralmente, a pior forma de ocorrncia dos problemas, pois expe os
consumidores a situaes indesejveis que poderiam ser evitadas. Deve-se sempre procurar
reduzir os custos, porm nunca em detrimento da qualidade ou segurana da edificao.
2.7. AO x CONCRETO
A necessidade de se fazer um estudo envolvendo as diferenas bsicas entre as
estruturas de ao e as de concreto se deve ao fato dos dois materiais apresentarem
propriedades e caractersticas distintas frente s diversas situaes de trabalho. No se trata
de se apresentar uma comparao entre as vantagens e desvantagens entre o ao e o
concreto, j amplamente difundidas entre os conhecedores do assunto, e sim uma
divagao entre as etapas de concepo, projeto, construo e comportamento dos dois
tipos de sistemas estruturais.
Como neste trabalho estamos utilizando a mesma filosofia utilizada para as
edificaes estruturadas em concreto armado, temos que esclarecer estas diferenas para
no se fazer uma anlise de uma edificao estruturada em ao com os mesmos conceitos e
critrios daquela estruturada em concreto armado. Consequentemente, cada estrutura
apresenta um comportamento prprio que deve ser levados em considerao para se poder
determinar as causas e origens das patologias.
a) Trabalhabilidade
a.1) Concreto armado
O concreto armado um material moldvel, ou seja, assume qualquer forma
desejada desde que seja exequvel e estvel. Isso significa que o projetista tem maior
liberdade para definir formas mais criativas de acordo com sua vontade bastando apenas se
fazer o molde da pea. O melhor exemplo dessa plasticidade a cidade de Braslia, onde o
arquiteto Oscar Niemeyer explorou com sucesso essa caracterstica do concreto.
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a.2) Ao
O ao um material geomtrico, no plstico. Se por um lado isso se torna um fator
limitante em termos de criatividade, por outro tem a vantagem de apresentar um novo
material de funes estruturais com grande potencial esttico. Observao: o fato de ser
no plstico no implica dizer que os perfis de ao no possam assumir uma determinada
curvatura. Estas curvaturas podem ser criadas com funo esttica ou estrutural, como no
caso das contra-flechas previstas no anexo C da NBR 8800/8608, ou ambas as funes,
desde que existam um procedimento de clculo e execuo criteriosos.
b) Homogeneidades / heterogeneidades
b.1) Concreto armado
O concreto armado um material heterogneo, composto de areia, brita, cimento,
gua, ferro redondo trefilado e, em alguns casos, aditivos misturados nas devidas
propores e adequadamente executado em campo. Qualquer tipo de problema, seja com
os materiais, seja com o mtodo construtivo (montagem das formas, posio das
armaduras, etc.), tem conseqncias em seu desempenho. Devido a estas imprecises, os
coeficientes de segurana do concreto so bem maiores que os que seriam necessrios se
houvesse um controle rigoroso durante sua execuo. O concreto no exatamente um
corpo totalmente rgido, e, apesar de seu aparente monolitismo, ele, muitas vezes,
apresenta trincas em sua superfcie quando submetido a tenses de trao ou compresso.
b.2) Ao
O ao um material homogneo. Isso implica maior preciso em termos de
dimensionamento do que o concreto pois as deformaes ocorridas na obra so muito
prximas daquelas verificadas no clculo. Conseqentemente qualquer variao de
sobrecarga tambm ter um efeito muito maior na estrutura de ao do que na de concreto.
Porm o fato de ser um material homogneo no implica em se trabalhar com fatores de
segurana menores, pois essa considerao j est implcita nas formulaes de
dimensionamento.
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c) Concepo
c.1) Concreto armado
A concepo de um projeto em concreto armado muito mais simples do que em
ao. A menor quantidade de detalhes a serem observados e a possibilidade de se fazerem
modificaes durante a construo fazem com que as estruturas de concreto sejam muito
mais simples em sua concepo do que as estruturas de ao. No Brasil infelizmente ainda
so feitos projetos sem se verificar a interao entre eles. O concreto consegue se adaptar
falta de planejamento inerente a este sistema devido justamente ao fato de ser um material
plstico executado in loco, ou seja, at a hora da concretagem possvel se fazer
modificaes ou correes.
c.2) Ao
O projeto de arquitetura de um edifcio em ao tem que nascer em ao. Alm disso
preciso haver uma comunicao entre o projetista da arquitetura com os demais
projetistas em vistas de se alcanar um resultado timo. No obedecer esta premissa
certamente produzir algumas incompatibilidades entre eles. O projeto em ao exige um
nmero muito maior de homens/hora de trabalho para haver uma compatibilizao
adequada de projetos. Qualquer modificao deve ser pensada e planejada com
antecedncia pois as peas estruturais so produzidas em fbrica e somente montadas em
campo.
d) Projeto estrutural
d.1) Concreto armado
Na fase de desenvolvimento do anteprojeto estrutural faz-se um pr
dimensionamento dos elementos estruturais, obtm-se os esforos solicitantes e a partir
desses esforos faz-se o detalhamento das armaduras. As ligaes entre lajes, vigas e
pilares so quase sempre rgidas devido prpria natureza do sistema. A estrutura
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normalmente calculada e detalhada como um prtico rgido, no dependendo normalmente
de nenhuma implementao de outros materiais ou elementos estruturais para ficar estvel
estaticamente. As vigas so consideradas contnuas na maioria das situaes. A extenso
das peas depende unicamente de parmetros de clculo pois a moldagem feita in loco. O
problema desse tipo de sistema estrutural que ele muito suscetvel ao erro humano. Nas
estruturas de concreto armado a preciso utilizada centimtrica.
d.2) Ao
A primeira coisa a se fazer ao se iniciar o anteprojeto estrutural o lanamento
estrutural e o detalhamento das ligaes dos elementos estruturais (rgida/flexvel,
soldada/parafusada). Os detalhes de ligao so impostos pelo engenheiro projetista
baseado em fatores como imposio da arquitetura, energia eltrica no local da obra,
economia devido ao tipo de ligao, qualidade de montagem e inspeo, transporte dos
perfis, sistema de estabilizao vertical (contraventamentos), problemas de fadiga, etc. S
ento se faz um pr dimensionamento dos perfis e a obteno dos esforos solicitantes. A
verificao dos perfis e das ligaes, diferentemente do concreto, feita comparando-se os
esforos solicitantes com a resistncia da pea ou ligao. As vigas de ao normalmente
so biapoiadas.
A padronizao de uma estrutura metlica uma das primeiras coisas que pode ser
percebida para quem trabalha com este sistema. Deve-se levar em considerao o
comprimento das peas devido a problemas com transporte. A estrutura de ao depende do
concreto para compor elementos estruturais como lajes mistas, vigas mistas e pilares
mistos. Tambm as fundaes e os reservatrios dos edifcios, em sua quase totalidade, so
executadas em concreto. A unidade de medida utilizada nas estruturas de ao o
milmetro.
e) Industrializao
e.1) Concreto armado
A edificao em concreto armado possui uma natureza de fabricao manufaturada
devido ao fato de ser um elemento plstico. Isso traz algumas desvantagens como uma
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menor preciso da estrutura, perda de tempo, retrao, desaprumos, desnveis, etc. Todos
estes fatores dificultam a utilizao de outros componentes pr-fabricados tais como
fechamentos e instalaes que exigem certos requisitos para serem implementados. um
sistema que emprega mo de obra de baixa qualidade tcnica e sistemas convencionais de
produo. Tambm por isso gera uma grande perda de materiais que no aparece nas
planilhas de custo e fica incorporada na construo. Em nosso pas esse sistema ainda
uma vantagem pois os custos da mo de obra e desses materiais convencionais ainda
mais barato do que o correspondente industrializado.
e.2) Ao
Esta uma das mais importantes caracterstica do ao. A industrializao permite
racionalizar o processo de produo, no somente incrementando a velocidade de execuo
da estrutura, como tambm a implementao de outros componentes pr-fabricados na
edificao. Esse procedimento permite uma grande diminuio do prazo de construo,
aumenta a preciso, praticamente eliminando os desnveis e desaprumos e acaba com as
perdas de materiais na obra. Porm exige mo de obra qualificada em todas as faixas
tcnicas. Infelizmente este sistema , ainda hoje, mais caro do que o processo tradicional,
contudo permite uma amortizao do investimento num prazo bem mais curto.
f) Proteo superficial
f.1) Concreto armado
O concreto armado por si s no necessita de qualquer tipo de proteo externa.
Normalmente, a preocupao maior est relacionada com as barras de ao contidas na
estrutura e que so muito mais suscetveis a ataques dependendo das condies ambientais
e do prprio concreto. Uma estrutura bem projetada e executada pode permanecer sculos
sem qualquer tipo de problema. A prpria massa do concreto um elemento protetor e
poucos so os agentes que efetivamente a atacam, como por exemplo cidos, alguns sais e
aditivos incorporados e at mesmo a gua. Abrimos aqui um parnteses no caso do
incndio pois que, em determinadas situaes, necessrio se aumentar a camada de
recobrimento das armaduras a fim de se obter um maior tempo de resistncia ao fogo.
23
f.2) Ao
O ao um material que, na maioria das situaes, necessita de revestimento
protetor. Existem dois fatores que praticamente impem que se aplique tais revestimentos:
a corroso e o incndio. Os dois fenmenos podem provocar a perda de estabilidade da
estrutura e por isso devem ser prevenidos. Os meios mais usuais de preveno contra a
corroso so a pintura e a galvanizao ou ainda a adoo de aos com alta resistncia
corroso. J a proteo contra incndio utilizada em determinadas circunstncias como
medida de segurana da estrutura para lhe garantir um determinado tempo de resistncia ao
fogo em caso do sinistro. Muitas vezes os dois revestimentos fazem parte da esttica da
edificao.
g) Deslocabilidade estrutural
g.1) Concreto armado
A estrutura em concreto armado possui uma robustez muito maior que a estrutura
de ao. Essa robustez conseqncia principalmente de uma maior massividade estrutural
e do enrijecimento das ligaes entre os elementos estruturais. Apesar de ser calculada
como um prtico deslocvel, essa robustez garante pequenos deslocamentos estrutura
quando solicitada por carregamento lateral. A vantagem que esse sistema traz a
solidarizao da estrutura com a alvenaria de fechamento sem a necessidade de juntas de
dilatao.
g.2) Ao
Devido ao menor peso, as dimenses reduzidas das peas, ao tipo de ligao e ao
sistema de estabilizao vertical as estruturas de ao se tornam muito mais flexveis que as
estruturas de concreto. Quando a edificao solicitada por algum carregamento lateral o
deslocamento da estrutura bastante acentuado. Esse deslocamento provoca esforos
cisalhantes nos elementos de vedao que se no forem devidamente considerados podem
24
provocar fissuras e outros tipos de patologias. Uma das vantagens desta flexibilidade uma
melhor absoro de recalques e deslocamentos pela estrutura. Vigas de ao esto
submetidas ainda a um fenmeno chamado flambagem lateral que o fenmeno de
deslocamento lateral combinado com toro em uma viga submetida a momento fletor
maior que o admissvel.
25
CAPTULO III.
3. PATOLOGIAS DO AO
Este captulo visa apresentar os problemas patolgicos que acontecem nas
estruturas de ao. Quem aborda este tema percebe logo as diferenas entre os problemas
que acontecem com a estrutura metlica e a estrutura de concreto. Apesar de estarem
submetidas a condies estticas semelhantes, as caractersticas e propriedades da estrutura
so bastantes distintas, o que diferencia bastante os problemas especficos de cada uma.
Antes de cada patologia, feita uma abordagem terica sobre o assunto procurando
mostrar o seu mecanismo genrico para se estabelecer uma relao entre origem, causa e
diagnstico. Esta abordagem procura apresentar de uma forma simplificada um estudo
sobre o conhecimento existente a respeito do assunto especfico, procurando destacar o
ponto de vista do engenheiro civil, j que vrios dos assuntos so abordados genericamente
nas fontes pesquisadas.
3.1. CORROSO
Resolvemos abordar primeiramente a corroso devido ao fato de este ser o
fenmeno patolgico de maior conhecimento pblico. preciso desmistificar a estrutura
metlica como um elemento fadado ao desgaste por um processo corrosivo, e apresent-la
como uma estrutura resistente, no somente mecanicamente como a outros tipos de agentes
agressivos.
A maioria das pessoas conhece, ou j ouviu falar, de um fenmeno de deteriorao
de materiais ferrosos chamado ferrugem. Quem nunca se deparou com uma geladeira ou
26
fogo com suas partes tomadas por ferrugem, uma lmpada travada no soquete, um porto
de ferro emperrado, ou ainda aquele escapamento barulhento dos automveis? Todos estes
casos tm em comum a formao da ferrugem sobre a superfcie de cada material, dando
origem assim aos problemas mencionados. A ferrugem o mais difundido exemplo de um
fenmeno de degradao dos materiais denominado corroso.
Segundo GENTIL29, RAMANATHAN57 e PANOSSIAN52 corroso um processo
de deteriorao dos materiais produzindo alteraes prejudiciais indesejveis nestes. Este
fenmeno, ao entrar em ao, faz com que os materiais percam suas qualidades essenciais,
tais como resistncia mecnica, elasticidade, ductilidade, esttica, etc., j que o produto da
corroso um elemento que no possui as caractersticas do material original.
Alm de materiais ferrosos, a corroso tambm acontece nos demais metais, como
o zinco, o mangans, o alumnio, etc, e at em metais considerados nobres como a prata, o
ouro e a platina. Tambm a deteriorao de materiais no metlicos, como concreto,
borracha, polmeros e madeira, devido ao do meio ambiente considerado por alguns
autores como corroso.
Percebe-se ento que a corroso um fenmeno muito amplo e que aborda os mais
diferentes tipos de materiais. Mas com os metais que este fenmeno alcana uma
conotao de destaque. Devido grande aplicao deste nos mais diversos campos, as
conseqncias da ocorrncia deste fenmeno ocasionaram e ainda ocasionam os mais
diversos acidentes, causando enormes prejuzos at que se compreendesse melhor o seu
mecanismo de atuao. Como o fenmeno da corroso envolve vrios tipos de
mecanismos, importante conhec-los para que, no caso de sua ocorrncia, possamos
rapidamente estabelecer um diagnstico.
3.1.1. Mecanismo genrico
Genericamente podemos dizer que a corroso um processo inverso do processo de
fabricao dos metais no nobres. Neste, o metal obtido adicionando-se energia
(processos trmicos, qumicos, eltricos e mecnicos) ao minrio de ferro at reduzi-lo ao
estado metlico. Na corroso, o metal em estado metlico tende a reagir espontaneamente
com o meio em que est inserido, perdendo aquela energia introduzida na fabricao e
voltando a um estado no metlico.
27
Metal
Corroso
Metalurgia
Composto + Energia
Com exceo de alguns metais nobres, que podem ocorrer no estado elementar, os
metais so geralmente encontrados na natureza sob a forma de compostos, sendo comum
as ocorrncias de xidos e sulfetos metlicos. Os compostos que possuem contedo
energtico inferior aos dos metais so relativamente estveis. Deste modo, os metais
tendem a reagir espontaneamente com os lquidos ou gases do meio ambiente em que so
colocados.
Mas para que o fenmeno acontea necessrio que algumas condies estejam
presentes. A influncia do meio o principal fator condicionante para o desenvolvimento
do processo. Tambm as caractersticas qumicas e fsicas do metal afetam muito esse
fenmeno. Estas duas condies devem, necessariamente, estar atuando em conjunto para
que as reaes qumicas de corroso ocorram.
Existem materiais que se corroem em um determinado meio, sob determinadas
condies, e outros no. Os metais nobres podem permanecer anos sem perder o seu brilho
metlico, mas quando submetidos a determinadas condies ambientais acabam por se
corroer. O ouro e a platina, quando submetidos a ao da mistura de cido clordrico (HCl)
e cido ntrico (HNO3) se corroem, enquanto que o ferro no atacado. O cobre sofre
corroso acentuada quando sujeito ao de solues amoniacais. O alumnio, em
presena de cido clordrico, cal ou bases fortes rapidamente corrodo. O ferro, em
presena de cido sulfrico concentrado, no atacado. Conclumos ento que o fenmeno
da corroso leva em considerao o metal, o meio ambiente em que est inserido e as
condies de atuao deste meio.
Temos dois mecanismos bsicos que abrangem todos os processos corrosivos
existentes na natureza: a corroso qumica e a corroso eletroqumica. No primeiro caso a
oxidao do metal ocorre sem a transferncia de eltrons e um mecanismo restrito
basicamente a processos industriais submetidos a altas temperaturas, portanto sero
desconsiderados neste trabalho. O segundo se caracteriza basicamente pela transferncia de
eltrons do nodo para o ctodo atravs de uma ligao eltrica e um meio eletrlito que
envolve os eletrodos, e constitui praticamente quase todos os casos de formao da
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corroso. As condies necessrias para a ocorrncia desse processo so:
i. Presena de gua lquida;
ii. temperatura relativamente baixa normalmente temperatura ambiente;
iii. formao de uma pilha eletroqumica.
Podemos comparar o fenmeno da corroso com o fenmeno da ocorrncia do
fogo. Para que este acontea necessria a presena de trs elementos: combustvel,
oxignio e calor. Basta eliminar qualquer um destes elementos e o fenmeno se extingue.
Com a corroso a situao semelhante. Basta eliminar qualquer um dos elementos citados
anteriormente para que o processo deixe de ocorrer. Por exemplo, nos desertos, onde a
presena de gua escassa, a corroso nula ou insignificante.
A corroso um fenmeno complexo e as suas formas de atuao podem assumir
vrios aspectos. As condies acima so observadas em um incontvel nmero de
situaes do nosso cotidiano. Tanto a gua como a temperatura so elementos cotidianos
naturais. Vamos ento analisar particularmente o fenmeno da pilha eletroqumica pois
justamente a que encontramos a razo da ocorrncia do fenmeno.
3.1.2. A pilha eletroqumica
A corroso eletroqumica s pode ocorrer se houver um deslocamento de eltrons
entre o nodo e o ctodo. Isso implica na existncia de um circuito eltrico com
caractersticas bastante peculiares para dar origem ao fenmeno. Destacamos ento a
existncia de quatro elementos fundamentais:
nodo: Elemento ou regio de maior potencial eltrico, em que a corrente
eltrica sai do material e onde ocorre o desgaste por corroso.
Ctodo: Elemento ou regio onde so promovidas as reaes catdicas
responsveis pela formao da fora eletromotriz. o responsvel
pela origem do fenmeno da corroso. No sofre desgaste por
corroso.
Eletrlito: Soluo condutora que envolve tanto a regio andica como a
catdica.
29
Ligao eltrica: Estabelece contato direto entre a regio andica e catdica
O mecanismo mostrado na figura 4 apresenta genericamente como ocorre o
processo da corroso, no falando nada sobre as causas e outros detalhes. Verifica-se assim
a necessidade de um estudo mais detalhado para explicar porque aparecem estas regies
andicas e catdicas, dando origem s correntes eltricas e ao circuito responsvel pelo
aparecimento do fenmeno. Questes como por que, em um mesmo pedao de metal,
surgem regies andicas e catdicas ou por que um determinado metal corrodo em
um determinado meio e outro no podem ser melhor compreendidas ao se analisar
aspectos da termodinmica e das heterogeneidades destes. Tambm devemos considerar
que muito comum a existncia de dois ou mais mecanismos responsveis pela ocorrncia
do processo.
Reaes catdicas
Existe um princpio fundamental da corroso que estabelece que a soma da
velocidade de todas as reaes andicas deve ser igual soma da velocidade das reaes
catdicas. Isso significa dizer que a velocidade de corroso no nodo est vinculada
unicamente ao nmero de reaes qumicas que ocorrem no ctodo de uma pilha
eletroqumica, ou seja, se no houver nenhuma reao catdica no eletrodo, no aparecer
nenhuma corrente eltrica responsvel pela formao da corroso no nodo e
conseqentemente o processo de corroso neste no ocorrer. Como esta reao a
responsvel pela fora eletromotriz que d origem corrente, temos, ento, identificada a
origem do fenmeno. Experimentalmente verifica-se que as duas principais reaes
Figura 4 Exemplo de uma pilha eletroltica genrica
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catdicas em corroso aquosa so:
A reao de evoluo do hidrognio
2H+ +2e H2 (meios muito cidos ou meios fracamente cidos, neutros e alcalinos
desaerados)
A reao de reduo do oxignio
O2 + 4H+ + 4e 2H2O (meios fracamente cidos aerados)
O2 + 2H2O + 4e 4OH- (meios neutro e alcalinos aerados)
Embora existam outros tipos, as duas acima representam a quase totalidade dos
casos. Como a maioria das solues aquosas contm oxignio dissolvido, normalmente a
principal reao catdica a reduo do oxignio, apesar de as duas reaes acima
poderem ocorrer simultaneamente. Porm existem diversas situaes em que podemos ter
predomnio de um ou de outro.
a) A pilha de eletrodos metlicos diferentes
Figura 5 Exemplo de um par metlico
Submetendo-se vrios metais a uma anlise em laboratrio, sob diferentes
condies, verifica-se que cada um possui diferente tendncia para ceder ou receber
eltrons em relao a um eletrodo padro, de acordo com o meio. Isso implica na
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existncia de uma ordem preferencial entre os metais para ocorrncia das reaes de
oxidao e reduo (e tambm da corroso). Segundo o desenho da figura 5, quando
colocamos dois metais diferentes em contato, devido a esta diferena, surge uma ddp
(diferena de potencial) entre os dois e, ao colocarmos estes metais junto a uma soluo
eletroltica, fecha-se um circuito eltrico no qual o metal com maior tendncia para ceder
eltrons (neste caso o ferro) funcionar como nodo e o outro metal (cobre) como ctodo.
Surge ento a pilha eletroqumica de eletrodos metlicos diferentes, tambm
conhecida como pilha galvnica. Quanto maior esta diferena entre os dois metais para
ceder ou receber eltrons, maior ser a ddp entre o nodo e o ctodo e maior ser a taxa de
corroso que ocorre no nodo. Sem nos preocuparmos com os aspectos da termodinmica e
eletroqumicos, temos na tabela 1 uma srie galvnica de materiais metlicos em gua do
mar.
Tabela 1 - Tabela prtica de nobreza em gua do mar - NUNES50, RAMANATHAN 57
1. Magnsio e sua ligas 2. Zinco 3. Alumnio comercialmente puro (1100) 4. Cdmio 5. Liga de alumnio (4,5 Cu; 1,5 Mg; 0,6 Mn) 6. Ao carbono 7. Ferro fundido 8. Ao inoxidvel 9. Ni-Resist (ferro fundido com alto nquel) 10. Ao inoxidvel (ativo) AISI-304 (18-8 Cr-Ni) 11. Ao inoxidvel (ativo) AISI-316 (18-10-2 Cr-Ni-Mo) 12. Liga de chumbo e estanho (solda) 13. Chumbo 14. Estanho 15. Nquel (ativo) 16. Inconel (ativo) 17. Lates (Cu-Zn) 18. Cobre 19. Bronze (Cu-Sn) 20. Cupro nqueis (60-90 Cu, 40-10 Ni) 21. Monel (70 Ni 30 Cu) 22. Solda prata 23. Nquel (passivo) 24. Inconel (passivo) 25. Ao inoxidvel ao cromo (11-13 Cr passivo) 26. Ao inoxidvel AISI-304 (passivo) 27. Ao inoxidvel AISI-316 (passivo) 28. Prata 29. Titnio 30. Grafite 31. Ouro 32. Platina
EXTREMIDADE CATDICA(reaes catdicas)
EXTREMIDADE ANDICA(onde ocorre corroso)
32
A tabela 1 nos apresenta a tendncia dos metais para se corroerem. Ela muito til
para se prever qual metal sofrer o ataque por corroso no caso de haver contato entre si (o
mais prximo da extremidade andica). Neste caso o eletrlito a gua do mar, que um
dos eletrlitos mais comuns e representativos encontrados na natureza. Contudo este no
o problema de corroso mais comum, e relativamente fcil de ser resolvido pois as
tcnicas para evitar o seu aparecimento so relativamente simples. Pode ser facilmente
prevenido desde que na etapa de projeto sejam tomadas as devidas precaues.
Nos edifcios metlicos relativamente comum encontrarmos situaes em que
dois metais estejam em contato caracterizando este tipo de pilha. A galvanizao de telhas,
parafusos, porcas e arruelas entre outros, constitui o maior exemplo de como este contato
entre metais (ao carbono e zinco) acontece. Isto sem levar em considerao as torres
metlicas de transmisso de energia e comunicaes que so inteiramente constitudas de
elementos galvanizados. Como o ao estrutural, ou ao carbono, mais nobre do que o
zinco utilizado no revestimento, o fenmeno de corroso ocorrer no zinco e no no ao, o
que a situao desejada nestes casos pois a vida til do elemento se prolonga
consideravelmente. Tambm possvel se encontrar situaes em que temos esquadrias
metlicas indevidamente em contato com a estrutura, o que tambm caracteriza este tipo de
fenmeno.
b) A pilha de ao local
a mais comum de ocorrer nos materiais que no formam pelcula apassivadora.
De acordo com RAMANATHAN57, este um tipo de pilha em que a ddp surge
principalmente devido as heterogeneidades do material. Estas heterogeneidades provocam
em um mesmo corpo regies andicas e catdicas. O interior do metal funciona como
ligao eltrica, bastando apenas a presena do eletrlito para ocorrer o processo de
corroso.
um dos tipos de corroso que acontecem normalmente em elementos de ao e na
pelcula de zinco que recobre o ao galvanizado. A corroso, ou se estende por toda a
superfcie exposta, ou se concentra em regies preferencialmente andicas dos elementos.
As principais heterogeneidades causadoras de uma ddp (diferena de potencial) entre dois
pontos de um metal so:
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Incluses, segregaes, bolhas e trincas
Compostos normalmente presentes em metais comerciais e impurezas que surgem
por ocasio do resfriamento funcionam como microctodos no retculo cristalino,
provocando corroso localizada nos pontos de incrustao. Bolhas e trincas, pelo fato de
poderem armazenar gua em seu interior, criam condies para o surgimento de corroso
por concentrao ou aerao diferencial.
Estados diferentes de tenses
As regies tensionadas do metal apresentam um potencial diferente das demais,
funcionando normalmente como nodo em relao ao restante do elemento.
Polimento diferencial
Metais com diferena de rugosidade em sua superfcie apresentam tambm
diferentes potenciais. Quanto maior o polimento, maior ser o seu potencial, funcionando a
superfcie mais rugosa como nodo.
Diferena no tamanho e no contorno dos gros
Durante sua fabricao, ao se solidificar, o metal forma agrupamentos cristalinos
chamados gros. Estes gros podem possuir diversos tamanhos e orientaes que influem
no potencial de cada um. Gros menores funcionam como nodos enquanto que os maiores
como ctodos. J a regio de contorno dos gros apresenta imperfeies no retculo
cristalino em relao ao interior do gro. Geralmente esta regio funciona como nodo em
relao ao interior do gro.
Tratamentos trmicos diferentes
Se um metal sofre um processo de aquecimento localizado, tal como solda ou corte
por maarico, aquela regio aquecida pode apresentar potencial diferente do resto.
Normalmente a regio aquecida passa a funcionar como nodo enquanto que o resto do
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metal como ctodo. Na solda, a regio que funciona como nodo no a do cordo e sim a
do entorno do cordo, conhecida como zona termicamente afetada, j que o metal de solda
normalmente mais nobre do que o metal base.
Materiais de diferentes pocas de fabricao
Com o passar dos anos novas tecnologias e produtos metlicos vo surgindo, de
modo que as caractersticas destes produtos se tornam diferentes das de seus antecessores.
Portanto os potenciais destes novos produtos, por vrios motivos, so diferentes,
ocasionando ento uma ddp entre eles.
Diferenas de temperatura e de iluminao
Diferenas de temperatura podem provocar um tipo de pilha conhecida como
termogalvnica. A regio andica se localiza onde a temperatura for mais alta, enquanto
que a catdica na mais baixa. Normalmente esta diferena de temperatura surge devido
diferena de temperatura existente no prprio eletrlito. J a iluminao faz com que a
regio iluminada funcione como ctodo, enquanto que a regio de sombra como nodo.
c) A pilha ativa-passiva
um tipo de pilha que ocorre em materiais que apresentam pelcula apassivadora.
Exemplos de metais em que ocorre este fenmeno so: alumnio, nquel, molibdnio,
titnio, zircnio, ao inoxidvel, cromo, etc. Se esta pelcula for rompida, seja por ao
mecnica, seja por ao desestabilizadora de ons halogenetos, surge ento uma pilha
formada pela pelcula (regio catdica) e pelo metal exposto no rompimento (regio
andica). A corroso neste caso se caracteriza basicamente pela formao de pequenos
pontos localizados de corroso chamados pites. Este tipo de corroso no se aplica para
o ao carbono e para o zinco.
d) A pilha de concentrao inica
uma pilha que surge sempre que um material metlico se encontra exposto a uma
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soluo com concentraes diferentes de seus prprios ons e sem a presena de oxignio
dissolvido. Onde houver maior concentrao dos ons metlicos teremos uma regio
catdica e onde tivermos menor concentrao, teremos a regio andica. um tipo de
corroso que ocorre mais em equipamentos especficos sujeitos a ao deste tipo de
eletrlito. No um tipo de corroso muito comum na natureza j que a maioria das
solues aquosas encontra-se em contato com o oxignio atmosfrico, o que favorece a sua
dissoluo na soluo provocando um outro tipo de corroso chamada corroso por
aerao diferencial.
e) A pilha de aerao diferencial
Juntamente com a pilha de ao local, a que mais se aplica nas estruturas
metlicas. Semelhante pilha de concentrao inica, a pilha de aerao diferencial surge
devido diferena de concentrao do on oxignio na soluo. A regio de menor
concentrao funciona como nodo e a regio de maior concentrao como ctodo.
muito comum acontecer em peas que formem gotas de gua em sua superfcie, onde a
corroso acontece na regio mais interna das gotas devido menor concentrao de
oxignio e tambm no interior de frestas e trincas, onde a concentrao de oxignio
menor no interior da fresta.
3.1.3. O meio
Para haver corroso, preciso que os quatro elementos bsicos estejam presentes: o
nodo, o ctodo, a ligao eltrica e o eletrlito. O prprio metal, na maioria das situaes
reais, se torna o elemento de ocorrncia dos trs primeiros. Porm o quarto elemento, ou
seja o eletrlito, pode aparecer sob diferentes condies. Em edificaes, a origem do
eletrlito vem essencialmente de um dos seguintes meios:
i. atmosfera;
ii. gua;
iii. solo.
Existem vrios outros tipos de corroso baseados no meio. Porm estes mostrados
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acima so responsveis pela grande maioria dos ataques nas estruturas metlicas em geral.
a) Corroso em atmosfera
Este o processo mais comum de ocorrncia de corroso nas estruturas metlicas.
A origem do eletrlito est relacionado com a localizao do empreendimento, com os
indices de umidade, com as caractersticas pluviomtricas, temperatura e outros.
Construes junto orla marinha esto sujeitas presena de ons cloretos e outros
halogenetos. J as zonas indstriais produzem essencialmente gases oriundos da queima de
combustveis com alto teor de enxofre, alm de diversos outros tipos de contaminantes.
Ambientes urbanos e semi-industriais se caracterizam basicamente pela queima de
combustvel de veculos automotores e gases industriais, com altos ndices de xidos de
enxofre e dixido de carbono. Apenas os ambientes rurais propiciam uma melhor condio
ambiental para a no ocorrncia do processo de corroso em virtude de sua atmosfera ser
relativamente limpa dos contaminantes.
Primeiro necessrio se fazer uma pequena anlise das partes que compem a
atmosfera para ento se entender como se forma o eletrlito. Alm dos gases comuns,
como o O2, o CO2, vapor dgua e o N2, a atmosfera tambm composta por xidos de
enxofre, amnia, ons cloreto, poeira, cinzas e outros de menor importncia. O eletrlito
neste caso se constitui basicamente da gua que se condensa na superfcie metlica (gua
de condensao de chuva, orvalho, neblina, etc.) juntamente com gases, sais de enxofre e
cloretos dissolvidos, alm de poeiras e outros poluentes diversos que podem acelerar o
processo corrosivo.
Pode-se caracterizar melhor os ambientes corrosivos ou as condies que
favorecem a corroso atmosfrica da seguinte forma:
i. Atmosfera marinha: sobre a orla marinha at 500m da praia com ventos
predominantes na direo da estrutura a ser pintada;
ii. atmosfera junto orla marinha: aquela situada alm de 500m da praia e at onde os
sais podem alcanar;
iii. atmosfera industrial: envolve regies com muitos gases provenientes de combusto,
particularmente gases oriundos de combustveis com alto teor de enxofre;
iv. atmosfera mida: locais com umidade relativa mdia acima de 60%;
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v. atmosfera urbana e semi industrial: ocorre nas cidades onde se tem uma razovel
quantidade de gases provenientes de veculos automotores e uma indstria
razoavelmente desenvolvida;
vi. atmosfera rural e seca: locais, em geral no interior, onde no h gases industriais, sais
em suspenso e a umidade relativa do ar se apresenta com valores sempre mais
baixos.
A ao corrosiva da atmosfera depende fundamentalmente dos seguintes fatores:
Partculas slidas
As partculas slidas, sob a forma de poeira, existem na atmosfera e a tornam mais
corrosiva pois pode ocorrer:
i. Deposio de material no metlico como slica, que embora no atacando
diretamente o material metlico cria condies de aerao diferencial, ocorrendo
corroso localizada abaixo do depsito: as partes sujeitas poeira so as mais
atacadas em peas estocadas sem nenhuma proteo;
ii. deposio de substncias que retm umidade ou so higroscpicas: aceleram o
processo corrosivo, pois aumentam o tempo de permanncia de gua na superfcie
metlica. Como exemplo podem ser citados cloretos de clcio e cloreto de magnsio
que so substncias higroscpicas, e o xido de clcio;
iii. deposio de sais que so eletrlitos fortes, como sulfato de amnio, (NH4)2SO4, e
cloreto de sdio, NaCl; da a maior ao corrosiva de atmosferas marinhas devido
presena de nvoa contendo sais como NaCl e cloreto de magnsio MgCl2;
iv. deposio de material metlico: se o material metlico depositado for de natureza
qumica diferente daquele da superfcie em que estiver depositado, poder ocorrer
formao de pilhas de eletrodos metlicos diferentes com a conseqente corroso do
material mais ativo;
v. deposio de partculas slidas que, embora inertes para o material metlico, podem
reter sobre a superfcie metlica gases corrosivos existentes na atmosfera: caso de
partculas de carvo que, devido ao seu grande poder de adsoro, retiram por
exemplo, dixido de enxofre, SO2, de atmosferas industriais, o qual com a umidade
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presente forma o cido sulfuroso, H2SO3, e tambm cido sulfrico, H2SO4,
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