PATOLOGIA E INSPECÇÃO CONSTRUÇÕES EM ESTRUTURA METÁLICA

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1 PATOLOGIA E INSPECÇÃO DE CONSTRUÇÕES EM ESTRUTURA METÁLICA 1/305 CURSO DE INSPECÇÃO E REABILITAÇÃO DE CONSTRUÇÕES EM ESTRUTURA METÁLICA ATENÇÃO NÃO É PERMITIDA QUALQUER DUPLICAÇÃO OU APRESENTAÇÃO PÚBLICA DOS DIAPOSITIVOS DO PRESENTE CURSO SEM A PRÉVIA AUTORIZAÇÃO DOS SEUS COORDENADORES 2/305 1

2 EQUIPA TÉCNICAT Coordenação: Prof. Fernando Branco Prof. Jorge de Brito Conteúdos: Eng.ª Inês Flores Arq.ª Helena Gomes Eng.º Abílio Lopes Arq.ª Mafalda Pacheco Arq.ª Teresa Ferreira E-learning: Eng.º Pedro Paulo Eng.º João Campos Eng.º Joel Alexandre 3/305 PROGRAMA 1. INTRODUÇÃO 1.1. A construção em estrutura metálica 1.2. Campo de aplicação 1.3. Vantagens 1.4. Desvantagens 1.5. Tipologias e definições 1.6. Conclusões do capítulo 2. METODOLOGIA DE INSPECÇÃO 2.1. Introdução 2.2. Estratégia de inspecção 2.3. Tipos de inspecção 2.4. Métodos de diagnóstico 2.5. Conclusões do capítulo 4/305 2

3 PROGRAMA 3. TÉCNICAS DE DIAGNÓSTICO 3.1. Introdução 3.2. Ensaios 3.3. Conclusões do capítulo 4. ANOMALIAS E RESPECTIVAS CAUSAS 4.1. Introdução 4.2. Anomalias (erros de projecto) 4.3. Anomalias (defeitos de material) 4.4. Anomalias (erros de montagem) 4.5. Outras anomalias 4.6. Conclusões do capítulo REVISÃO - 1ª PARTE 5/305 PROGRAMA 5. METODOLOGIA DE INTERVENÇÃO 5.1. Introdução 5.2. Formas de intervenção 5.3. Estratégia de intervenção 5.4. Procedimento de análise 5.5. Conclusões do capítulo 6. TÉCNICAS DE REABILITAÇÃO 6.1. Introdução 6.2. Técnicas de prevenção 6.3. Técnicas de reparação / reforço 6.4. Conclusões do capítulo REVISÃO - 2ª PARTE BIBLIOGRAFIA 6/305 3

4 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 7/ INTRODUÇÃO Estruturas metálicas Sub-capítulos: 1.1 A construção em estrutura metálica 1.2 Campo de aplicação 1.3 Vantagens 1.4 Desvantagens 1.5 Tipologias e definições 1.6 Conclusões do capítulo 8/305 4

5 1. INTRODUÇÃO 1.1 A construção em estrutura metálica 9/ INTRODUÇÃO 1.1 A construção em estrutura metálica No início do século XX, muitas soluções tradicionais (alvenaria de pedra, tijolo, madeira) foram relegadas para segundo plano em detrimento de outras soluções construtivas (construções de aço ou de betão). Inicialmente, a fabricação e comercialização de estrutura de aço foram orientadas para a construção de pavilhões industriais, pontes e viadutos e voltadas preferencialmente para as obras públicas. A estrutura metálica vem ampliando a sua utilização em vasto segmento da construção, já atingindo, nos países industrializados, uma tecnologia altamente consolidada nesse campo. 10/305 5

6 1. INTRODUÇÃO 1.1 A construção em estrutura metálica Face às mudanças ocorridas nos últimos 50 anos, a participação das estruturas metálicas na construção de prédios comerciais e habitacionais teve um grande avanço. Verifica-se uma utilização pouco significativa da construção metálica em Portugal. Tal sucede dado o elevado custo do aço, a carência de meios de produção, a pouca experiência da sua organização e a pouca tradição no domínio do projecto de estruturas metálicas. Os edifícios do tipo industrial são excepção. 11/ INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação 12/305 6

7 a) Edifícios: 1. INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação Hong-Kong, projecto de Norman Foster Hong-Kong, projecto de Norman Foster 13/305 b) Instalações industriais: Swindon, Norman Foster - Vista geral 1. INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação Alçado lateral Newport, Richard Rogers 14/305 7

8 c) Pontes e viadutos: 1. INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação Forth Bridge, Baker, Escócia Forth Bridge, Baker - Detalhe da estrutura Severn River, Brunel 15/305 c) Pontes e viadutos: 1. INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação 16/305 8

9 1. INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação c) Aparelhos de elevação e movimentação de carga: Vistas do porto de Barcelona 17/305 1.INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação d) Reservatórios e contentores: Vista geral do porto de Barcelona Reservatório - Barcelona 18/305 9

10 d) Reservatórios e contentores: 1. INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação Contentores do porto de Barcelona 19/ INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação e) Elementos não macro-estruturais - Divisórias: 20/305 10

11 1. INTRODUÇÃO 1.2 Campo de aplicação e) Elementos não macro-estruturais - Escadas e passadiços: 21/ INTRODUÇÃO 1.3 Vantagens 22/305 11

12 1. INTRODUÇÃO 1.3 Vantagens alta eficiência construtiva; baixo peso próprio (leveza nas cargas a transmitir às fundações); redução da área necessária para estaleiro; rapidez de fabricação e de montagem (redução do prazo de execução); flexibilidade; elevada resistência (condições para projectar economicamente grandes vãos livres) ampliação e reforma da edificação, com o mínimo de interferência e transtornos na utilização normal do edifício. 23/ INTRODUÇÃO 1.4 Desvantagens 24/305 12

13 1. INTRODUÇÃO 1.4 Desvantagens As estruturas metálicas requerem cuidados ao nível do projecto e caderno de encargos (pormenorização das ligações e tratamentos de prevenção). O seu não cumprimento origina problemas frequentes (corrosão dos elementos resistentes e uma menor segurança ao fogo). elevado custo do aço; carência de meios de produção; pouca tradição no domínio do projecto de estruturas metálicas. A corrente utilização deste tipo de estruturas nos edifícios do tipo industrial minimiza as vantagens referidas anteriormente. 25/ INTRODUÇÃO 1.5 Tipologias e definições 26/305 13

14 1. INTRODUÇÃO 1.1 A construção em estrutura metálica a) Tipologia geral dos sistemas estruturais metálicos: 1. reticulados (pórticos): os elementos resistentes têm ambas as dimensões das respectivas secções transversais muito menores que o comprimento (edifícios industriais e multipisos); 27/ INTRODUÇÃO 1.1 A construção em estrutura metálica a) Tipologia geral dos sistemas estruturais metálicos: 2. laminares (cascas): os elementos resistentes têm espessura muito reduzida quando comparada com o seu desenvolvimento no plano (edifícios industriais, reservatórios, silos e coberturas); 28/305 14

15 1. INTRODUÇÃO 1.1 A construção em estrutura metálica b) Classificação genérica dos produtos de aço (NP-1788): Produtos longos perfilados pesados e ligeiros, em forma de I, H, ou U com alturas iguais ou superiores a 80 mm; laminados correntes (barras) de secção transversal circular, quadrada, etc., varão circular, vergalhão, varão para betão; fio laminado, enrolado a quente em rolos. 29/ INTRODUÇÃO 1.1 A construção em estrutura metálica b) Classificação genérica dos produtos de aço (NP-1788) (cont.): Produtos planos laminados a quente ou frio placas obtidas por laminagem (e > 5 mm); chapas de 3 mm < e < 5 mm; bandas (largura > 600 mm - enrolado em bobinas). Produtos revestidos folha-de-flandres (aço macio (e < 0.5 mm) revestido a estanho); chapa estanhada (produto plano que não satisfaça as características da folha-de-flandres); chapa revestida a liga de chumbo; chapa galvanizada; chapa electrozincada. 30/305 15

16 1. INTRODUÇÃO 1.6 Conclusões do capítulo 31/ INTRODUÇÃO 1.6 Conclusões do capítulo. A estrutura metálica vem ampliando a sua utilização em vasto segmento da construção, já atingindo, nos países industrializados, uma tecnologia altamente consolidada nesse campo.. A utilização crescente de construções metálicas baseia-se na eficiência do processo construtivo (integração das obras civis / estruturas metálicas) e no nível económico de escala de produção da obra (montagem / fábrica com eficiência no desenvolvimento de produto e gestão da produção).. Urge, no entanto, melhorar as especificações ao nível do projecto (ligações, protecção dos elementos, etc.) para que estas construções apresentem os níveis de qualidade e durabilidade actualmente exigidos. 32/305 16

17 CAPÍTULO 4 ANOMALIAS E CAUSAS 33/ ANOMALIAS E CAUSAS Sub-capítulos: 4.1 Introdução 4.2 Anomalias (erros de projecto) 4.3 Anomalias (defeitos de material) 4.4 Anomalias (erros de montagem) 4.5 Outras anomalias 4.6 Conclusões do capítulo 34/305 17

18 4. ANOMALIAS E CAUSAS 4.1 Introdução 35/ ANOMALIAS E CAUSAS Introdução Projectar significa resolver aspectos como: segurança - funcionalidade - durabilidade. Etapas da construção metálica: concepção estrutural projecto - pormenorização - dimensionamento; fabrico / montagem; utilização e manutenção. 36/305 18

19 4. ANOMALIAS E CAUSAS Introdução Cada anomalia pode ter diversas causas e origens, apesar do mecanismo de desenvolvimento ser um só. Por outro lado, só através da identificação dos diversos tipos e origens, pode realizar-se um bom planeamento e manutenção. 37/ ANOMALIAS E CAUSAS Introdução Causas: Os dados apresentados são valores médios de vários países europeus, e demonstram que é na etapa de desenvolvimento do projecto que se gera a maior quantidade de patologias / falhas / anomalias em estruturas metálicas. Acções humanas que originam anomalias: falta de competência técnica; utilização de materiais de baixa qualidade; descuido / excesso de confiança; economia e falta de manutenção. 38/305 19

20 4. ANOMALIAS E CAUSAS Introdução Agentes agressivos: Agentes agressivos que afectam o comportamento das construções durante o seu tempo de vida útil: acções externas ambientais; atmosferas poluídas: água, terrenos, gases nocivos, produtos químicos; causas naturais ligadas ao envelhecimento dos materiais componentes das estruturas (por exemplo, corrosão). As anomalias são geralmente resultantes da falta de manutenção ou deficiente concepção, em que não se implementaram formas ou estratégias de a estrutura se adaptar à acção do agente patológico. A corrosão é a anomalia mais frequente e visível. 39/ ANOMALIAS E CAUSAS Introdução Presença a da água: A presença da água acelera os mecanismos que originam a deterioração das estruturas metálicas, em especial aqueles que estão ligados à corrosão. Perda de estanqueidade em viga caixão de uma cobertura: Nos extremos da viga, estavam colocados umas placas que pretendiam garantir a estanqueidade desse caixão. Numa inspecção recente, foi feita uma pequena abertura numa dessas placas para observar o estado do interior do caixão. Encontrou-se uma garrafa de licor que claramente marcava a altura de água alcançada no interior do caixão. 40/305 20

21 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.2 Anomalias (erros de projecto) 41/ ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) Anomalias atávicas: São provenientes da má concepção do projecto, erros de cálculo, utilização de tipos de aço com resistência diferente da considerada no projecto ou de peças com espessura inadequada. Geralmente comprometem a segurança e funcionalidade. São de difícil solução e muito onerosas. 42/305 21

22 4. ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) a) Pormenorização incorrecta: Um grande problema enfrentado em obra é a presença de locais inacessíveis para o aperto dos parafusos. Em projecto, devem ser previstos espaços, para facilitar a execução da montagem. Para realizar a ligação, é preciso colocar o parafuso, colocar no outro lado a anilha e a porca e ainda ter espaço para a movimentação da chave de aperto e do braço do montador. 43/ ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) a) Pormenorização incorrecta: Na figura e na parte destacada, podem ser vistas dobras nos perfis para colocação dos parafusos; esta prática pode ser danosa à estrutura. Pode acarretar basicamente dois problemas: falta de resistência nos parafusos, se estes têm áreas inferiores às calculadas; susceptibilidade de escoamento ou rotura na região dos furos, se esses tiveram de ser ampliados por divergências no projecto. Existe portanto a necessidade de recalcular a ligação para verificar a estabilidade desejada. 44/305 22

23 4. ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) b) Ligações incorrectas: Estes erros ocorrem, muitas vezes, devido à não observância das diferentes fases de um projecto. Muitas vezes, o projectista realiza alterações e esquece-se de passar a informação para todos os níveis do projecto, chegando à obra um modelo de versão anterior e ao fabricante o modelo actualizado. Desalinhamento entre peças 45/ ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) b) Ligações incorrectas: Tipos de erros: pormenorização diferente para as peças de uma mesma ligação; utilização de peças que, apesar de possuírem simetrias, necessitam de fixações diferentes em cada lado. Pormenorização incorrecta Colapso da ligação 46/305 23

24 4. ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) c) Erros de cálculo: c Tipos de erros: erros de cálculo no comprimento das peças; 47/ ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) c) Erros de cálculo: c Tipos de erros (cont.): erros de cálculo nos contraventamentos entamentos; Todas as vigas do edifício agrícola encurvaram lateralmente dado que não se encontravam contraventadas Nó do edifício industrial: para além da excentricidade das fundações e da inclinação dos pilares, o pórtico não tem qualquer contraventamento vertical e o contraventamento horizontal é manifestamente insuficiente. 48/305 24

25 4. ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) c) Erros de cálculo: c Tipos de erros (cont.): erros de cálculo em ligações - é frequente que as estruturas metálicas sejam calculadas admitindo as hipóteses extremas de que as ligações têm um comportamento perfeitamente articulado ou perfeitamente rígido. No entanto, quase nunca o comportamento da ligação construída se aproxima do comportamento admitido. Vista da cobertura de uma estação ferroviária Cobertura após o colapso Pormenor da rotura 49/ ANOMALIAS E CAUSAS 4.2 Anomalias (erros de projecto) Caso de estudo 1: passadiço metálico Passadiço metálico constituído por duas vigas de dois tramos (50 m e 15 m); sob o tabuleiro metálico, a estrutura suporta duas condutas pesadas; os banzos são soldados a todo o comprimento (formando uma secção tubular). 50/305 25

26 4. ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias (erros de projecto) Passadiço metálico a) Alçado b) Vista de topo c) Pormenor de um apoio Devido à diferença de comprimento dos vãos e ao facto de não ter sido prevista qualquer contra-flecha, a estrutura sofreu um levantamento na extremidade do vão menor. 51/ ANOMALIAS E CAUSAS 4.2 Anomalias (erros de projecto) Caso de estudo 2: importância dos contraventamentos 52/305 26

27 4. ANOMALIAS E CAUSAS 4.2 Anomalias (erros de projecto) Após a acção de um sismo, a estrutura metálica do edifício resistiu sem danos de maior. Apesar da intensidade do sismo, apenas alguns dos elementos de contraventamento foram danificados e necessitaram de substituição, o que torna inequívoca a importância da existência de um contraventamento eficaz. 53/ ANOMALIAS E CAUSAS 4.2 Anomalias (erros de projecto) Caso de estudo 3: colapso da cobertura de um estágio 54/305 27

28 4. ANOMALIAS E CAUSAS 4.2 Anomalias (erros de projecto) Colapso da cobertura de um estádio a) Vista geral b) Apoio sobre um pilar c) Pormenor da calha O patim colocado sobre o pilar deveria permitir deslocamentos horizontais e impedir o levantamento da estrutura para a acção do vento. A deficiente concepção desse elemento conduziu ao colapso da ligação e da estrutura face à acção do vento. 55/ ANOMALIAS E CAUSAS 56/305 28

29 4. ANOMALIAS E CAUSAS Anomalias inerentes à constituição do material Anomalias estruturais provenientes da acção de agentes externos agressivos: atmosfera poluída, líquidos corrosivos, incêndios, sismos, vento, neve, vibrações, etc.. São geralmente resultantes da falta de manutenção ou deficiente concepção, em que não se implementaram formas ou estratégias de a estrutura se adaptar à acção do agente patológico. A corrosão é a anomalia mais frequente e visível. 57/ ANOMALIAS E CAUSAS Actualmente e dados os meios de produção, controlo de qualidade e inspecção disponíveis nas siderurgias, torna-se muito difícil encontrar defeitos ou danos inerentes ao próprio material aço, provenientes do processo de fabrico, para que possa ser considerar defeituoso. Supondo portanto que a obra foi realizada com suficiente cuidado e rigor para que não se verifiquem problemas provenientes da falta de resistência ou do menosprezo das propriedades do próprio material aço, exigíveis no projecto, existem apesar disso vários tipos de anomalias que se torna importante avaliar, inerentes ao próprio material. 58/305 29

30 4. ANOMALIAS E CAUSAS As anomalias, inerentes ao próprio material, e que não são exclusivo das construções metálicas dividem-se em: rotura frágil; rotura por fadiga; corrosão. Pavimento com deformação acentuada a meio vão, junto à extremidade do módulo Corrosão sob tensão, na viga de apoio da escada metálica, em avançado estado 59/ ANOMALIAS E CAUSAS3 a) Rotura frágil: Tipo de rotura que se produz bruscamente sem o desenvolvimento de deformações apreciáveis que avisem do colapso eminente. Na origem deste fenómeno, pode estar a propagação repentina de uma fissura. A rotura terá sido causada pela existência de cargas adicionais às de projecto. A rotura produziu-se segundo uma secção recta que une o centro dos furos existentes em cada uma das extremidades. Rotura frágil de um tensor de uma cobertura metálica 60/305 30

31 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 a) Rotura frágil: Características principais: a rotura ocorre de forma brusca e com resultados catastróficos; as tensões obtidas por métodos usuais de cálculo nas zonas de rotura não são elevadas; a rotura começa em zonas de concentração de tensões; geralmente, ocorre para temperaturas baixas ou negativas; as estruturas soldadas são mais sensíveis à rotura frágil; o aspecto da superfície de rotura é granular com linhas em forma de espiga, cujos vértices apontam para o começo da rotura. Sob determinadas condições, o aço comporta-se como um material frágil atingido a tensão de rotura sem antes apresentar deformações a tensão constante. Existem casos muito conhecidos como a ponte sobre o canal Alberto na Bélgica ou navios como o Liberty 61/ ANOMALIAS E CAUSAS3 b) Rotura por fadiga: As estruturas metálicas utilizadas na engenharia civil podem chegar ao colapso por fadiga. Os carregamentos são frequentemente de natureza dinâmica ou cíclica. Pontes rodoviárias, ferroviárias e rolantes são disso exemplo. As ligações por soldadura também podem introduzir tensões residuais nas peças. Degraus com deformação na zona de maior tráfego pedonal 62/305 31

32 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 b) Rotura por fadiga: A principal característica é a falta de deformação plástica macroscópica antes do colapso, pelo que se torna de muito difícil detecção. Desenvolve-se em zonas de concentração de tensões muito elevadas. As zonas exibem aparência lisa que se estende até aos limites da região de fractura por fadiga. Uma análise da superfície de fractura revela a existência de anéis concêntricos, também chamados beach marks, em torno do núcleo da fractura e linhas radiais partindo dele. 63/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c) Corrosão: Pode ser de difícil identificação dado poder aparecer em zonas inacessíveis. Geralmente, as partes da estrutura acessíveis são convenientemente mantidas e pintadas, o que não ocorre nas zonas inacessíveis ou de difícil acesso. Corrosão na parte inferior do pavimento metálico Ligações alvenaria / estrutura 64/305 32

33 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c) Corrosão: i) Descrição do mecanismo: Processo natural que resulta da tendência dos metais regressarem à sua forma mais estável, normalmente óxidos. É oxidação, é um ataque químico, é um fenómeno eléctrico, é electrólise. Cada uma dessas respostas é parcialmente verdadeira. Excepto para alguns tipos não usuais de corrosão, como a bacteriana ou por ataque químico directo, pode dizer-se que a corrosão, como normalmente encontrada numa tubagem ou perfil metálico, é basicamente um processo electroquímico por natureza. 65/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c) Corrosão: i) Descrição do mecanismo (cont.): A diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo resulta numa migração de electrões do ânodo para o cátodo, ao longo do caminho metálico. No ânodo, com a perda de electrões, permanecem átomos de carga positiva de ferro que se combinam com iões do ambiente carregados negativamente (OH - ), formando hidróxido ferroso que, por sua vez, reage a seguir para formar hidróxido de ferro (ferrugem). Célula básica de corrosão 66/305 33

34 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c) Corrosão: ii) Classificação dos processos corrosivos: Dependendo do tipo de acção do meio corrosivo sobre o material, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos, abrangendo todos os casos de deterioração por corrosão: corrosão electroquímica; corrosão química. 67/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c) Corrosão: iii) Tipos de corrosão: 1. uniforme; 2. por lixiviação; 3. erosão; 4. em ranhuras / canto vivo; 5. sob tensão; 6. por pontos; 7. por frestas; 8. galvânica. 68/305 34

35 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c1) Corrosão uniforme: Corrosão uniforme em colunas metálicas 69/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c2) Corrosão por lixiviação ão: Este tipo de corrosão forma lâminas de material oxidado que se empilham até camadas mais profundas. O combate a esta floculação é geralmente feito com tratamento térmico. 70/305 35

36 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c3) Corrosão por erosão: Em locais turbulentos, onde o meio corrosivo se movimenta a alta velocidade, aumenta o grau de oxidação das peças. É possível encontrar este problema em locais que contenham esgotos em movimento, descarga de produtos químicos (indústrias) ou acção directa de água do mar (portos, pontes e embarcações). 71/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c3) Corrosão por erosão: A erosão acelera o processo corrosivo, dado que a película produzida pela corrosão é removida pela erosão expondo a superfície a novo desgaste corrosivo. 72/305 36

37 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c4) Corrosão por ranhuras - risco / canto vivo: Todos os defeitos que contenham cantos vivos, locais para depósito de solução aquosa ou exposição do material não protegido podem vir a apresentar esta corrosão. Pelo seu tamanho diminuto, as ranhuras muitas vezes passam despercebidas em manutenções e tornam-se visíveis somente quando o material oxidado aflora à superfície. Riscos e gretas em ligações aparafusadas, entre outras, enquadram-se neste tipo de patologia. 73/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c5) Corrosão sob tensão: Este problema é resultante da efeito acumulado de uma tensão de tracção e de um meio corrosivo. Essa tensão pode ser proveniente de encruamento, solda, tratamento térmico, cargas, etc.. Normalmente, as regiões tensionadas funcionam como ânodos em relação ao resto do elemento e tendem a concentrar electrões. Com o tempo, surgem microfissuras que podem acarretar um rompimento brusco da peça antes da percepção do problema. A capacidade de encruamento de um material traduz-se na inclinação da curva de tracção na zona plástica uniforme. Maior encruamento implica maior inclinação. 74/305 37

38 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c6) Corrosão por pontos: Altamente destrutivo, este tipo de corrosão gera perfurações em peças sem uma perda notável de massa e peso da estrutura. Ocorre normalmente em locais expostos à meios aquosos, salinos ou com drenagem insuficiente. 75/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c6) Corrosão por pontos: Pode ser difícil de se detectar quando em estágios iniciais, dado que a superfície a degradação é pequena, se comparada com a profundidade que pode atingir. Pode ser ocasionada pela deposição concentrada de material nocivo ao aço, por pilha de aeração diferencial ou por pequenos furos que possam permitir a infiltração e o alojamento de substâncias líquidas na peça. As perfurações na chapa metálica são pontos propícios à corrosão, uma vez que a camada de protecção dificilmente se fixa no seu interior 76/305 38

39 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c7) Corrosão por frestas - bolsas de ferrugem: Ocorre entre juntas de duas superfícies em contacto ou muito próximas (0.025 a 0.1 mm). Devido à tensão superficial da água, esta aloja-se nas fendas disponíveis e tende a causar pilhas de aeração diferencial, onde a concentração de oxigénio nas bordas é superior à concentração da área mais interna da fenda, fazendo dessa uma região anódica. Como consequência, o processo de corrosão concentra-se na parte mais profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse problema. 77/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c7) Corrosão por frestas - bolsas de ferrugem: Em geral, este problema afecta somente pequenas partes da estrutura, sendo portanto mais perigosa do que a corrosão uniforme, cujos sintomas são mais visíveis. Figura da direita - corrosão entre duas chapas, ponto propício à corrosão pela falta de oxigénio, agravada pela falta de camada de protecção na junção de chapas 78/305 39

40 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 c8) Corrosão galvânica: i) Corrosão galvânica dos materiais: Este tipo de corrosão ocorre devido à formação de uma pilha electrolítica quando utilizados metais diferentes. As peças metálicas podem comportar-se como eléctrodos e promover os efeitos químicos de oxidação e redução. Asna corroída por contacto de chapas galvanizadas ou de alumínio com a estrutura, criação de furos nas peças estruturais e fixação das chapas com parafusos galvanizados 79/ ANOMALIAS E CAUSAS3 c8) Corrosão galvânica: i) Corrosão galvânica dos materiais (cont.): É fácil encontrar esse tipo de contacto em construções, por galvanização de parafusos e porcas, em torres metálicas de transmissão de energia que são inteiramente constituídas de elementos galvanizados, esquadrias de alumínio encostadas indevidamente na estrutura e diversos outros casos decorrentes da inadequação de projectos. 80/305 40

41 4. ANOMALIAS E CAUSAS Caso de estudo: efeito da razão de áreas entre cátodo e ânodo para pares cobre-aço imersos em água do mar i) um cátodo pequeno e um ânodo grande ii) um ânodo pequeno e um cátodo grande 81/ ANOMALIAS E CAUSAS i) um cátodo pequeno (rebites de cobre) e um ânodo grande (chapas de aço) originam apenas uma ligeira deterioração do aço. Esquema do estado inicial Esquema do estado durante a corrosão 82/305 41

42 4. ANOMALIAS E CAUSAS ii) um ânodo pequeno (rebites de aço) e um cátodo grande (chapas de cobre) originam uma corrosão severa nos rebites de aço. Esquema do estado inicial Esquema do estado durante a corrosão 83/ ANOMALIAS E CAUSAS Caso de estudo 1: corrosão galvânica em ligações aparafusadas 84/305 42

43 4. ANOMALIAS E CAUSAS Corrosão galvânica em ligações aparafusadas O processo de corrosão ocorre principalmente pela presença de frestas sempre que uma ligação aparafusada é executada. Esta anomalia ocorre devido à presença de água nas frestas. O problema é minimizado impedindo-se a entrada de humidade com argamassa no caso de estruturas revestidas, com pinturas anti-corrosivas ou com mástiques na borda da fresta. 85/ ANOMALIAS E CAUSAS Caso de estudo 2: corrosão generalizada de perfis embebidos ou revestidos Numa viga de um pavimento misto Viga numa fachada Pormenor de uma fixação 86/305 43

44 4. ANOMALIAS E CAUSAS Numa viga de um pavimento misto Marcas de oxidação na face visível do banzo inferior dos perfis. Ao proceder à abertura de uns pequenos rasgos, constatou-se que a alma tinha desaparecido numa zona com comprimento apreciável, pela corrosão causada pela penetração de humidade Viga numa fachada Situação relativamente frequente - perfil de fachada em adiantado estado de corrosão Pormenor de uma fixação Detalhe das janelas do edifício de uma piscina. Devido à agressividade do meio, foi executado um recobrimento com material plástico sem juntas 87/ ANOMALIAS E CAUSAS 4.4 Anomalias (erros de montagem) 88/305 44

45 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) Anomalias transmitidas São provenientes da falta de formação dos intervenientes na montagem: soldaduras efectuadas em superfícies pintadas, enferrujadas, ou com impurezas, falta de verticalidade dos elementos, etc.. 89/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) a) Ausência de competência técnica: t Exemplo: transformação de nave industrial em escritórios; introdução de dois pisos; corte de tirantes metálicos durante trabalhos de ampliação das instalações com a introdução de tecto falso; adopção de nova solução sem qualquer efeito estrutural. Ligação do pilar ao tirante Depois do corte dos tirantes Antes da alteração, o tirante atravessava o pilar Cobertura em vigotas pré-esforçadas Tirante de aço, ligado ao pilar Pilar Fundação 90/305 45

46 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) a) Ausência de competência técnica: t Situação muito frequente nas estradas: a corrosão generalizada dos parafusos e de outros elementos de fixação dos guarda-corpos. Perda da eficácia da protecção da galvanização do prumo por este ter sido cortado no local com um maçarico. Guarda corpos Pórtico de sinalização 91/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) b) Erros nas ligações aparafusadas: Exemplos: ruína por corte do fuste do parafuso; rasgamento da chapa junto ao parafuso; esmagamento do fuste do parafuso; ruína por esmagamento da chapa; tensão axial excessiva do fuste no parafuso; ruína por dobragem do parafuso; ruína por corte da chapa; pormenorização incorrecta das ligações (rigor); dificuldade de aperto; não coincidência entre parafuso e furo; variação dimensional / comprimento - das peças; diâmetro errado entre furo e parafuso; troca de parafusos de alta resistência por outros; falta de aperto dos parafusos. 92/305 46

47 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) b1) Erros de furação ou troca de parafusos: Execução manual de furos: as medidas erradas impedem a montagem ou fazem o parafuso entrar de maneira inclinada, podendo dobrar quando carregado. Troca de parafusos Existe o risco da troca de parafusos em montagens, colocando-se parafusos comuns no lugar dos de alta resistência, especificados em projecto. Essa falha pode ser fatal e implica cuidados na recepção e armazenagem dos materiais, bem como na fiabilidade do fornecedor. 93/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) b2) Falta de aperto dos parafusos: Pela rapidez de montagem, são por vezes executadas em prazos muito curtos, podendo surgir ligações incompletas ou mal montadas. Os parafusos funcionam ou por atrito ou por contacto, sendo regulado o seu aperto. A falta de aperto pode então inutilizar uma ligação, causando-lhe flexibilidade imprevista e possibilidade de colapso por sobrecarregar outros nós de ligação. Falta de furo no pilar 94/305 47

48 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) b3) Falta de coincidência na posição dos furos efectuados nas peças a unir: Apesar das consequências destes erros não serem geralmente graves, já que é usual que quando se detectam se reforce a ligação com soldadura, calculada para suportar a totalidade da ligação, implicam sempre um certo atraso. Desacerto das peças a unir 95/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) c) Erros em ligações soldadas: Inclusão de escória Trincas Empenamentos Falta de penetração Sobreposição Cordão com mau acabamento Falta de fusão Mordeduras Excesso de respigos Porosidade 96/305 48

49 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) c1) Erros em técnicas t de oxicorte: Nestes casos, as "normas de bem fazer" aconselham a que previamente à operação de oxicorte se execute uma abertura circular. A importância dos entalhes dependerá das características do material e do tipo de solicitação. Em materiais frágeis ou ante solicitações de fadiga, pode induzir situações de risco. Entalhe produzido Técnica desaconselhável por oxicorte Técnica aconselhável 97/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) c1) Erros em técnicas t de oxicorte: O uso indiscriminado de oxicorte pode conduzir a danos graves. Na generalidade dos casos, esta situação produzir-se-á para facilitar uma operação de montagem mal estudada ou para forçar a posição da estrutura. Ligação estrutural Chapa de cobertura Estão representados os estragos causados numa chapa de cobertura por se ter utilizado o maçarico em vez de se cortar com uma serra. Para além do corte resultar muito mais impreciso, a chama afecta as características da protecção. 98/305 49

50 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.4 Anomalias (erros de montagem) c2) Erros na sequência das operações: Ligações soldadas em que já se deu a demão de acabamento da pintura sem se ter procedido à soldadura. Os pequenos cordões de soldadura são meros pingos de soldadura para montagem. Na melhor das hipóteses, este tipo de situação provoca transtornos importantes: é necessário limpar a união, soldar e voltar a pintar. Soldaduras incompletas 99/ ANOMALIAS E CAUSAS 4.5 Outras Anomalias 100/305 50

51 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.5 Outras anomalias a) Anomalias em pinturas: As anomalias mais frequentes em pinturas com função de protecção ou decorativa são: empolamento; falta de resistência a ultravioletas (perda de brilho / cor); enrugamento (ondulação da superfície); contaminação da superfície; espessura não uniforme; fendilhação; descasque; limpeza inadequada; manchas. 101/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.5 Outras anomalias a) Anomalias em pinturas: As anomalias em pinturas resultam na ineficácia do sistema de protecção e, consequentemente, no aparecimento da corrosão (generalizada). 102/305 51

52 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.5 Outras anomalias b) Anomalias associadas a cargas em construção: Durante a construção de um edifício, as chapas e o material de isolamento são acumulados sobre a cobertura, com o objectivo de libertar o espaço ao nível do solo. É frequente a necessidade de acrescentar cargas que não tinham sido previstas no projecto (colocação de tectos falsos, instalação de novas máquinas ou de equipamentos de ventilação, aumento da capacidade das pontes rolantes, etc.). Se, em muitos casos, a este aumento de cargas não está associado nenhum reforço da estrutura, ainda com menos frequência se procede a um conveniente reforço das fundações. 103/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.5 Outras anomalias c) Anomalias associadas a erros no transporte: No transporte de uma estrutura metálica, devem ser adoptadas as protecções e as medidas necessárias para evitar, ou pelo menos minimizar, os danos causados por eventuais impactos. Os danos poderão ir desde simples riscos sobre o sistema de protecção até à deformação acentuada de elementos. Deformação num gousset 104/305 52

53 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.5 Outras anomalias d) Anomalias associadas à fase de exploração: Os danos que ocorrem na fase de exploração poderão ir desde simples riscos sobre o sistema de protecção até à deformação acentuada de elementos. Situação onde se podem observar as consequências do impacto de um veículo sobre uma guarda de protecção 105/ ANOMALIAS E CAUSAS 4.6 Conclusões do capítulo 106/305 53

54 4. ANOMALIAS E CAUSAS3 4.6 Conclusões do capítulo. Neste capítulo, as anomalias foram divididas em anomalias atávicas, anomalias inerentes ao próprio material metálico, anomalias transmitidas e outras. Outra classificação pode ser anomalias estruturais e de durabilidade. A corrosão é a anomalia mais frequente e visível neste tipo de estruturas.. Não há regras nem métodos sistemáticos que permitam determinar as causas das anomalias. Cada caso concreto é um problema particular e deve ser objecto de um diagnóstico particular.. As anomalias resultam de vários erros / defeitos associados ao projecto (acções, regulamentação em vigor, dimensionamento / cálculos), aos materiais utilizados, ao fabrico, montagem e transporte e à exploração (má utilização ou mudança de uso assim como causas acidentais). 107/ ANOMALIAS E CAUSAS3 4.6 Conclusões do capítulo Comportamento geral dos metais nos diferentes meios Compatibilidade entre materiais de chapas metálicas Material corroído 108/305 54

55 REVISÃO - 1ª PARTE REVISÃO 1ª Parte 109/305 REVISÃO - 1ª PARTE Objectivo: Avaliar os conhecimentos adquiridos nos capítulos 1 a INTRODUÇÃO 2. METODOLOGIA GERAL 3. TÉCNICAS DE DIAGNÓSTICO 4. ANOMALIAS E RESPECTIVAS CAUSAS 110/305 55

56 REVISÃO - 1ª PARTE Matriz pergunta-resposta: Seleccione apenas uma única resposta para cada pergunta. 1. Qual o cuidado ao nível do projecto para evitar a anomalia observada na figura da esquerda. a) pormenorização nas ligações; b) tratamentos da superfície; c) resistência ao fogo; d) escolha de metais; e) tipo de pintura. 2. Qual o tipo de inspecção para as anomalias associadas à figura da direita? a) corrente; b) detalhada; c) avaliação estrutural; d) caracterização inicial da construção; e) outra. 111/305 REVISÃO - 1ª PARTE Matriz pergunta-resposta: Seleccione apenas uma única resposta para cada pergunta. 3. Qual o ensaio que dá o valor da dureza Shore? a) ensaio à rotura frágil; b) ensaio à compressão; c) ensaio de tracção; d) ensaio de dureza por choque; e) ensaio de dureza por penetração. 4. Como se designam as anomalias associadas a uma deficiente montagem das ligações aparafusadas? a) anomalias devido à constituição do material; b) anomalias atávicas; c) anomalias transmitidas; d) anomalias de corrosão; e) anomalias de envelhecimento. 112/305 56

57 5. Identifique as anomalias de corrosão observadas nas seguintes figuras: a) por picadas (1), galvânica (2), por erosão (3), por humidade de condensação (4); c) por lixiviação (1), por pontos (2), galvânica (3) e corrosão uniforme (4); d) corrosão uniforme (1), por pontos (2), por lixiviação (3), corrosão galvânica (4). REVISÃO - 1ª PARTE Matriz pergunta-resposta: Seleccione apenas uma única resposta para cada pergunta. b) em ranhuras (1), sob tensão (2), pela presença da água (3 e 4); /305 REVISÃO - 1ª PARTE Resultados da matriz pergunta-resposta d) escolha de metais (evitar a corrosão galvânica) - Sub-capítulo 1.4 (slide 25) e Sub-capítulo 4.3 (slides ), incêndio) o zinco é anódico em relação ao aço e é corroído c) avaliação estrutural (anomalias estruturais resultantes do incêndio) - Subcapítulo 2.3 (slides 55 a 59) d) ensaio de dureza por choque - Sub-capítulo 3.2 (slides 67 a 83) c) anomalias transmitidas - Sub-capítulo 4.2 (slides 101 e 102), sub-capítulo 4.3 (slide 116) e sub-capítulo (slide 148) a) a) por picadas, galvânica, por erosão - presença de água e areias, por humidade de condensação - Sub-capítulo 4.3 (slides ) 114/305 57