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Falhas em Estruturas Metálicas: Conceitos e Estudo de Casos - Página 2

Patologias Comuns nas Estruturas Metálicas

As patologias mais comuns em estruturas de aço são:

  • Corrosão localizada: causada por deficiência de drenagem das águas pluviais e deficiências de detalhes construtivos, permitindo o acúmulo de umidade e de agentes agressivos;
  • Corrosão generalizada: causada pela ausência de proteção contra o processo de corrosão;
  • Deformações excessivas: causadas por sobrecargas ou efeitos térmicos não previstas no projeto original, ou ainda, deficiências na disposição de travejamentos;
  • Flambagem local ou global: causadas pelo uso de modelos estruturais incorretos para verificação da estabilidade, ou deficiências no enrijecimento local de chapas, ou efeitos de imperfeições geométricas não considerados no projeto e cálculo;
  • Fratura e propagação de fraturas: Falhas estas iniciadas por concentração de tensões, devido a detalhes de projeto inadequados, defeitos de solda, ou variações de tensão não previstas no projeto.

Casos de Estudo

O casos de estudo apresentados a seguir, foram coletados de diferentes obras. Para cada caso, apresenta-se detalhes do tipo de projeto e descreve-se a falha, oferecendo alternativas de solução e prevenção para evitá-las em projetos similares.

(clique para ampliá-la)Caso 1 : Falha no gabarito de furação

A Figura 1 apresenta a união de uma viga secundária com uma viga principal, numa edificação comercial.

A viga principal é um perfil VS300x61 (I300x150x12,5x16), e a viga secundária é um perfil VS300x33 (I300x150x6,3x8).

A conexão é feita através de 4 parafusos Æ5/8" ASTM A-325. Na Figura 1, apresenta-se problemas de ajuste nos parafusos, a furação da viga principal foi feita conforme plantas executivas, enquanto na viga secundária um dos furos foi deslocado para cima 12mm.

Foi constatado, neste caso, que o erro foi de fabricação, já que nas dimensões e detalhes de projeto, o gabarito de furação das vigas eram coincidentes.

Este tipo de falha poderia ser evitada com um maior controle dimensional de produção na fábrica.

(clique para ampliá-la)Caso 2 : Furos não previstos no projeto

A Figura 2 apresenta dois furos na coluna (3), tais aberturas foram executadas para permitir a passagem de tubulações elétricas, não previstas no projeto original.

A viga (1) é um perfil VS250x28 (I250x130x6,3x8), a viga (2) um VS300x33 (I300x150x6,3x8), e a coluna um perfil CVS350x73 (I350x250x9,5x12,5).

Neste caso deveria ser avaliada a influência dessas aberturas na resistência do perfil da coluna, principalmente, sendo que tais aberturas reduzem as abas das mesas do perfil.

Caso 3 : Falta de parafusos na conexão

(clique para ampliá-la)A Figura 3 apresenta a falta de um parafuso de cada lado de uma ligação viga/coluna.

Neste caso, as furações foram conferidas conforme plantas, e constatou-se um erro de projeto, pois os gabaritos de furação da viga e da coluna não coincidiam.

Uma revisão das plantas na fábrica poderia ter evitado a falha.

Porém a falha foi produzida no detalhamento do projeto.

(clique para ampliá-la)Caso 4 : Subdimensionamento de elementos

A Figura 4 mostra a flambagem global de uma diagonal composta de uma treliça.

Pode-se afirmar que no dimensionamento desse elemento não foram consideradas todas as possibilidades de carregamento, e não foi realizada uma revisão de flambagem no elemento global e seus componentes.

Os perfis do banzo superior são U120x60x6,3, o elemento da diagonal é composto por duas cantoneiras L35x35x2,65, travejadas com chapas de dimensões 4,8x30x90.

(clique para ampliá-la)A estrutura foi projetada para a cobertura de um Shopping Center.

Após acontecer a falha, o fabricante da estrutura reforçou os elementos da diagonal, substituindo todas as diagonais nas treliças da cobertura.

O uso correto de normas ou especificações reconhecidas, além da consideração de todos os estados limites possíveis, teria permitido na etapa de projeto evitar este tipo de falha. Na Figura 5 apresenta-se um caso semelhante.      

Caso 5: Incompatibilidade de projetos estruturais de concreto e metálico

(clique para ampliá-la)A Figura 6 mostra um dos problemas mais comuns na execução de projetos de estrutura metálica: a incompatibilidade dos projetos de estrutura metálica com os de concreto (em galpões, esta falha acontece nas bases de colunas).

A solução dada foi complementar o apoio de concreto.

É evidente que deve existir uma interação entre os projetistas de obras metálicas e de obras de concreto, ou ao menos quem projeta as bases de acordo com os dados do projeto metálico deveria se ajustar às dimensões fornecidas no projeto da estrutura metálica.

Caso 6 : Falta de concordância em emendas

(clique para ampliá-la)A Figura 7 apresenta a emenda de uma treliça realizada no canteiro de obra, sendo que o banzo tem duas seções de tubo quadrado diferentes, a seção da peça (1) com dimensões 120x4,8, e a seção (2) 120x115x4,8.

Este tipo de falha gera excentricidades na transmissão de esforços, no caso de tais esforços serem de compressão a redução na capacidade resistente do banzo é evidente, já que aparecem esforços adicionais de flexão.

Esta falha ocorreu durante a produção das peças componentes da treliça.      (clique para ampliá-la)

Uma operação de pré-montagem, poderia ter evitado a falha, assim como, um controle dimensional. Em alguns casos, faz-se necessária uma verificação de concordância entre as peças a serem montadas no canteiro de obra.

Na Figura 8 apresenta um caso semelhante ao exposto.

(clique para ampliá-la)Caso 7: Detalhamentos incompatíveis

Nas Figuras 9, 10 e 11 apresentam-se falhas que vieram a ocorrer apenas na fase de montagem da estrutura.

Os detalhes registrados no projeto executivo não coincidiam na montagem e tiveram que ser solucionados em campo.

Um detalhamento consistente, na etapa de projeto, evitaria as falhas mostradas nessas figuras, assim como um controle de concordância na fábrica antes de construir os elementos e suas ligações.

É bom lembrar que as conexões são pontos críticos no desempenho de um sistema estrutural, e as modificações realizadas no canteiro para ajustar as coincidências entre elementos e ligações podem gerar pontos indesejáveis de fontes de falhas súbitas.

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(clique nas imagens para ampliá-las)

Com as ferramentas já consagradas de desenho por computador (CAD), tais erros não deveriam acontecer na prática atual dos projetistas de estruturas metálicas.

Além do necessário reparo nas peças, existe a possibilidade de o conjunto ficar com prováveis concentrações de esforços, ou redução das características mecânicas.

Conclusões e Recomendações

Os casos de falhas localizadas ou globais em estruturas metálicas podem levar estas ao colapso ao atingir algum dos estados limites de resistência, ou ainda, estado limite de utilização, provocando perdas humanas ou perdas econômicas importantes.

Pequenas falhas afetam a confiabilidade e credibilidade das empresas, reduzindo a qualidade de seus produtos. Devido a esses aspectos e pela riqueza de experiências que geram as falhas, elas devem ser avaliadas, estudadas e compartilhadas no meio técnico através de publicações técnicas, permitindo que os profissionais possam evitá-las, ou ao menos, minimizá-las.

No ensino universitário, deve-se enfatizar os possíveis modos de falha que podem vir a acontecer nas construções metálicas, para que o estudantes, futuros engenheiros e arquitetos, possam entender a importância de seguir recomendações e normas, e até compreender, em certos casos, a necessidade de realizar estudos específicos em aplicações especiais em estruturas metálicas (por exemplo, em sistemas reticulados espaciais).

O sucesso de uma obra em estrutura metálica inicia-se na sua concepção e no desenvolver de seu projeto detalhado para fabricação e montagem. As empresas que trabalham em estruturas metálicas, sejam estas de projeto, fabricação ou montagem, devem prever revisões de projetos conscientes e minuciosas no que diz respeito aos detalhes e conjuntos, em geral.

Já, especificamente nas fábricas, devem existir controles rigorosos das plantas executivas, assim como, controle dimensional, sendo recomendável efetuar pré-montagens para assegurar o mínimo de falhas possíveis na montagem definitiva.

No curso de Eng. Civil da Universidade de Passo Fundo, está sendo desenvolvida uma linha de trabalho para estudar a patologia em estruturas de aço. Este trabalho faz parte dos esforços desenvolvidos (Projeto de Graduação do Aluno Evandro Betinelli).

O desejo dos autores é o de captar a maior quantidade possível de falhas, bem documentadas com fotos, e até vídeos, para criar um banco de dados que permita quantificar quais são as falhas mais comuns nas estruturas metálicas.

Para esse objetivo ser atingido, há necessidade de informações que venham de indústrias, projetistas e construtores que trabalham no ramo da indústria metálica.

Bibliografia

[1] ANDRADE, P.A., A construção com Estruturas Metálicas, São Paulo: Revista do Instituto de Engenharia, No. 500, 1994.

[2] CHAMBERLAIN, Z.M., Notas sobre Patologia das Estruturas Metálicas. Passo Fundo: FEAR/UPF, 1998.

[3] CUNHA, A.J.P et ali, Acidentes Estruturais na Construção Civil, Vol. I, São Paulo: Editora PINI, 1997.

[4] DELATLE, N.J., Failure Case Studies and Ethics in Engineering Mechanic Courses, Journal of Profissional Issues in Engineering Education and Practice, Vol. 123, No. 3, 1997.

[5] MESEGUER, A.G., Controle e Garantia da Qualidade na Construção. São Paulo: SINDUSCON/SP 1991.

Ficha Técnica

Autores:
Zacarias M. Chamberlain Pravia - Professor do Curso de Engenharia Civil da FEAR - UPF
Evandro A. Betinelli - Aluno de graduação da FEAR - UPF



     

    Preço
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    à vista

    ou em até 5x de R$ 32,51

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