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21/03/2018
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ESTRUTURAS METÁLICAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL CONSTRUÇÃO CIVIL III (TC-038)
FALHAS E PATOLOGIAS
Profª M.Sc. Thaísa Rocha
Introdução Detalhes
Construtivos Falhas e
Patologias Corrosão
Preparo e Pintura
Resistência ao fogo
Light Steel Frame
Falh
as
Pat
olo
gias
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Construtivos Falhas e
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Resistência ao fogo
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Pato
logi
as
Projetar uma estrutura significa resolver integralmente os
seguintes aspecto
Segurança
Funcionalidade
Durabilidade
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Pato
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Construção metálica
E T A P A S
Manutenção
Concepção estrutural
Fabricação
Montagem
Utilização
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Resistência ao fogo
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Pat
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Falhas
Geralmente são uma consequência de ações
humanas
Falta de capacitação técnica do pessoal envolvido no processo de construção
Utilização de materiais de baixa qualidade
Causas naturais ligadas ao envelhecimento dos materiais componentes das estruturas
Ações externas ambientais
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Falhas
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Principais Causas das
Falhas
Falhas de projeto e de detalhamento
Falhas nos processos e detalhes
construtivos
Utilização indevida da estrutura
Falhas de manutenção ou ausência de
manutenção preventiva Qualidade ou
utilização inadequada dos
materiais
Podem causar danos e deterioração da estrutura até o comprometimento precoce
e alto risco de colapso da estrutura em serviço
Podendo originar desde redução da durabilidade da
obra até risco de colapso durante a construção
Originando desde deterioração precoce até redução na vida
útil da estrutura
Derivando numa possível degradação acelerada da
estrutura, podendo comprometer a sua segurança
Com comprometimento da segurança estrutural
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Estatísticas Média geral das falhas em
edificações (MESSEGUER, 1991)
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Estatísticas
Em cada etapa de uma obra → pode-se verificar a existência de ocorrências
de falhas
São as principais responsáveis pelos danos
localizados e pela degradação precoce de
uma estrutura
Porém a etapa de projeto ainda é a maior fonte
delas
O cálculo, o detalhamento, as plantas executivas e construtivas, as plantas de montagem
A falta de um bom detalhamento impede e dificulta a manutenção
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Falha no gabarito de furação
União de uma viga secundária com uma
viga principal
Investigação
Falha
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
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
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Falha no gabarito de furação
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Furos não previstos no
projeto
Dois furos na coluna (3)
Falha
Deveria ser avaliada a influência dessas aberturas na resistência do perfil da
coluna
Executados para permitir a passagem de tubulações
elétricas, não previstas no projeto original
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Furos não previstos no
projeto
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Furos não previstos no
projeto
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Falta de parafusos na conexão
União de uma viga secundária com uma
viga principal
Investigação
Falha
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
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Falta de parafusos na conexão
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Dificuldade de realização do
aperto
Amassamento em ligação para acesso
ao furo
Investigação
Falha
Dobramentos nos perfis para colocação dos
parafusos ↓
essa prática pode ser danosa à estrutura
Presença de locais inacessíveis para o aperto dos parafusos
Deve-se lembrar que para realizar a ligação, é preciso colocar o parafuso, colocar no outro lado a arruela e a
porca e ainda ter espaço para a movimentação da chave de aperto e
do braço do montador
Em projeto, devem ser previstos espaços para facilitar a execução da
montagem
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Parafusos fora da chapa
Problema de espaço na peça para colocação de
todos os parafusos
Investigação
Falha
O projetista realiza alterações e esquece de repassar para todos os
níveis do projeto ↓
Em obra chega uma versão anterior, ao fabricante o modelo atualizado e
no escritório um modelo com alterações sendo feitas
Utilização de peças que apesar de possuírem simetrias, necessitam de fixações
diferentes em cada local
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Peça que teve de ser soldada devido à falta de
comprimento na fabricação
Cálculo errado do comprimento da
peça
Investigação
Falha
Erros de cálculos, pois envolve ângulos, distâncias e
diminuições devido ao formato retangular das
peças em geral
Erro muito comum de acontecer
A estética da estrutura fica danificada e a peça
permanece com furos inutilizados que diminuem sua
resistência
Também podem ocorrer erros no cálculo do comprimento dos parafusos, de forma a
atrasar a montagem
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Peça que teve de ser soldada devido à falta de
comprimento na fabricação
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Erro de cálculo do comprimento das peças
Peça fabricada com o comprimento maior do que o necessário
Investigação
Falha
Erros de cálculos, pois envolve ângulos, distâncias e
diminuições devido ao formato retangular das
peças em geral
Erro comum de acontecer
Esse caso é menos problemático que o anterior
pois envolve somente o corte e nova furação → não sendo
necessária a solda
Cálculo errado do comprimento da
peça
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Falta de aperto do parafuso
Parafuso sem o aperto correto
Investigação
Falha
Os parafusos funcionam ou por atrito ou por contato, sendo regulado o seu
aperto pela NBR 8800. A falta de aperto pode então inutilizar uma
ligação, causando-lhe flexibilidade imprevista e possibilidade de colapso
por sobrecarregar outros nós de ligação
Em muitas obras, as estruturas metálicas são executadas de forma
apressada, deixando para trás ligações incompletas ou mal
finalizadas
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Sub-dimensionamento de elementos
Flambagem global de uma diagonal composta
de uma treliça
Investigação
Falha
No dimensionamento não foram consideradas todas as possibilidades de carregamento, e não foi realizada
uma revisão de flambagem no elemento e seus componentes
Após a falha, o fabricante da estrutura reforçou os elementos da
diagonal, substituindo todas as diagonais nas treliças da cobertura
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Sub-dimensionamento de elementos
Falha
No dimensionamento não foram consideradas todas as possibilidades de carregamento, e não foi realizada
uma revisão de flambagem no elemento e seus componentes
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Incompatibilidade de projetos estruturais de concreto e metálico
Incompatibilidade dos projetos de estrutura metálica com os de concreto (em galpões, esta falha acontece
nas bases de colunas)
Investigação
Falha
Não existir uma interação entre os projetistas de obras metálicas e de
obras de concreto
Quem projeta as bases de acordo com os dados do projeto metálico deveria se
ajustar às dimensões fornecidas no projeto da estrutura metálica
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Incompatibilidade de projetos estruturais de concreto e metálico
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Falta de concordância em emendas
Emenda de uma treliça realizada no canteiro de
obra
Investigação
Falha
Existem duas seções (1) (2) de tubo quadrado diferentes
↓ 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
Ocorreu durante a produção das peças da treliça
Uma operação de pré-montagem, poderia ter evitado a falha, assim como, um controle dimensional
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Falta de concordância em emendas
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Detalhamentos incompatíveis
Falhas que vieram a ocorrer apenas na fase de
montagem da estrutura
Investigação
Falha
Os detalhes registrados no projeto executivo não coincidiam na montagem e tiveram que ser
solucionados em campo
Um detalhamento consistente do projeto evitaria esse tipo de falha,
assim como um controle de concordância na fábrica antes de
construir os elementos e suas ligações
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Causada pela ausência de proteção contra a corrosão, a
superfície atacada perde massa mais ou menos de maneira
uniforme
Mais comum e facilmente controlável, consiste em uma camada visível de óxido de ferro pouco
aderente que se forma em todo o perfil. É
caracterizada pela perda uniforme de massa e diminuição da seção transversal da peça
Ocorre devido à exposição direta do aço carbono a um ambiente agressivo e à falta de um
sistema protetor
Corrosão uniforme
Comumente, o sistema protetor pode se romper durante o transporte ou manuseio da peça, devendo
ser rapidamente reparado, antes que ocorra a formação de pilhas de ação local ou aeração
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Ocorre devido a formação de uma pilha eletrolítica quando utilizados metais
diferentes. As peças metálicas podem se
comportar como eletrodos e promover os efeitos
químicos de oxidação e redução
É fácil encontrar esse tipo de contato em
construções
Corrosão galvânica
A galvanização de parafusos, porcas e arruelas, 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 projetos
Ocorre quando um metal é eletricamente conectado a
outro mais nobre e o conjunto estabelece contato com um
meio aquoso
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Corrosão localizada
Causada por deficiência de drenagem das águas pluviais e detalhes construtivos, permitindo o
acúmulo de umidade e agentes agressivos
Por pontos
Sob tensão
Lixiviação
Por frestas
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Corrosão localizada Corrosão forma lâminas de
material oxidado e se espalha por
debaixo delas até camadas
mais profundas
Lixiviação
O combate a essa corrosão é feito
normalmente com tratamento térmico
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Corrosão localizada
Por pontos
Pode ser difícil de se detectar em estágios iniciais,
pois na superfície a degradação é
pequena se comparada à
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
Altamente destrutivo, esse tipo de corrosão gera perfurações
em peças sem uma perda notável
de massa e peso da estrutura
Ela ocorre normalmente em locais expostos à meios aquosos, salinos ou
com drenagem insuficiente
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Corrosão localizada
Por pontos
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Corrosão localizada
Por frestas
Devido a tensão superficial da água, esta se aloja nas fendas disponíveis e tende a causar pilhas de aeração
diferencial, onde a concentração de oxigênio nas bordas é superior à concentração da área mais
interna da fenda, fazendo dessa uma região anódica
Ocorre em locais que duas
superfícies estão em contato ou muito próximas
(0,025 a 0,1 mm)
Como consequência, o processo de corrosão se concentra na parte mais
profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse
problema
Em geral, esse problema afeta somente pequenas partes da
estrutura, sendo portanto mais perigosa do que a corrosão uniforme,
cujo alarme é mais visível
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Corrosão localizada
Por frestas
Por seu tamanho pequeno, as ranhuras muitas vezes passam despercebidas em manutenções e se tornam visíveis somente quando o material oxidado aflora na
superfície
Todos os defeitos que contenham cantos vivos, locais para depósito de
solução aquosa ou exposição do material não protegido,
podem vir a apresentar essa corrosão
Riscos, gretas, pontos parafusados entre outros são enquadrados nesse
tema e recebem uma solução semelhante à corrosão por frestas
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Corrosão localizada
Por frestas
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Por frestas
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Corrosão localizada
Com o tempo surgem microfissuras que podem acarretar um
rompimento brusco da peça antes da percepção do problema
Sob tensão
Normalmente, regiões tensionadas funcionam como ânodos em relação ao resto
do elemento
Esse problema é resultante da soma de tensão de tração e um meio corrosivo. Essa tensão pode ser
proveniente de encruamento, solda, tratamento térmico, cargas, etc
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Corrosão localizada
Sob tensão
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Flambagem
Erro no uso de modelos estruturais incorretos para verificação da estabilidade, ou falhas no enrijecimento local de chapas, ou efeitos de
imperfeições geométricas não considerados no projeto e cálculo
Global Local
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Flambagem
É definida pela mudança repentina na forma da estrutura, com o aparecimento de grandes deslocamentos transversais decorrentes de pequenas variações no
carregamento
Local
A flambagem local é um fenômeno típico dos elementos de placa, no qual o eixo
da barra permanece reto e as translações são normais aos planos médios dos
elementos da peça
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Local
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Flam
bag
em
loca
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al
Flambagem
Ocorre em peças esbeltas (peças onde a área de secção transversal
é pequena em relação ao seu comprimento), quando
submetidas à compressão axial.
Global
A flambagem acontece quando a peça sofre flexão
transversal devido à compressão axial
A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim, a
peça pode perder sua estabilidade sem que tenha atingido a sua
tensão de escoamento.
A tensão crítica para ocorrer a flambagem não depende da
tensão de escoamento do material, mas do seu módulo
de Young Este colapso ocorrerá sempre na direção do eixo de menor momento de inércia de sua seção transversal
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Flambagem
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Flambagem
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Def
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exce
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Deformações excessivas
Causadas por sobrecargas ou efeitos térmicos não previstas no projeto original, ou ainda, falhas nos
travejamentos
Alvenaria
Estrutura conjunta
Aço
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Deformações excessivas
Excesso de deformações pode levar a danos na estrutura, principalmente
após a região elástica Aço
Uma estrutura metálica se comporta muito bem em grandes deformações, sendo possível atingir o patamar de escoamento em algumas
partes da estrutura, e até mesmo a plastificação total da seção de uma peça em
algum ponto, sem grandes danos a estabilidade global da estrutura
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Deformações excessivas
Deve-se tomar os devidos cuidados com as deformações de diferentes materiais quando trabalham em
conjunto
Alvenaria
No caso de estruturas metálicas com vedação em alvenaria, cuidados básicos como garantir a
rigidez da estrutura metálica para ser compatível com a da alvenaria, ou ainda
compatibilizar as deformações dos materiais conforme suas características elásticas
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Deformações excessivas
A falta de cuidado com a utilização de materiais com diferentes características e propriedades, leva a problemas posteriores na edificação, normalmente com a presença de patologias no material mais frágil, decorrentes da movimentação
excessiva ou problemas na união entre os materiais
Estrutura conjunta
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Para pontes em estrutura metálica mistas, com longarinas e sistemas de travejamento transversal (seja por
transversinas, sistemas treliçados, etc.), muitas das falhas podem ser consideradas de caráter localizado, sendo
necessário eventos de maior gravidade para levar a uma possível falha global da ponte
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Frat
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Fratura e propagação de
fissuras
Falhas estas iniciadas por concentração de tensões, devido a detalhes de projeto
inadequados, defeitos de solda, ou variações de tensão não previstas no projeto
Fraturas em aço são fenômenos localizados e, dependendo dos caminhos de equilíbrio que os esforços percorrem na estrutura, o problema pode vir a ser de caráter global
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Frat
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Fratura e propagação de
fissuras
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Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Movimentações provocadas por
variações térmicas
Mecanismos de formação das fissuras
Junção de materiais com diferentes
coeficientes de dilatação térmica
Exposição de elementos à diferentes solicitações térmicas naturais
Fachadas em
diferentes orientações
Lajes de cobertura
Gradiente de temperaturas ao longo de um mesmo
componente
Fachadas protegidas por sombreamento e fachadas expostas a radiação
Planos de vidro ou acrílico expostos parte à radiação direta e parte sombreada
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Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Configurações típicas de fissuras provocadas em vedações por
movimentação térmica
Estrutura metálica e vedações externas com alvenarias
Necessidade de juntas de controle ou de
movimentação nas argamassas
Argamassa de revestimento trabalhando independente de vigas ou
pilares metálicos junto à fachada e estruturada sobre tela
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Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Platibandas de alvenaria sobre estrutura metálica
Movimentações térmicas diferenciadas entre a platibanda e o corpo do edifício originando
fissuras horizontais e/ou verticais
Detalhe platibanda corte esquemático
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Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Revestimentos com granitos, mármores, cerâmicas sobre laje apoiada em viga/pilares
metálicos
Utilização de juntas de movimentação longitudinais e transversais
Utilização de manta de separação entre a argamassa de assentamento
de piso e a laje
Granito/mármore
Argamassa de correção da laje
Laje de concreto
Argamassa de assentamento do piso
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Movimentações higroscópicas
provocadas por umidade
Umidade proveniente da
execução da obra
Umidade do solo
Umidade resultante da produção dos
componentes
Umidade do ar ou proveniente de fenômenos meteorológicos
Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
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Configurações típicas de fissuras provocadas em
vedações decorrentes de
Torção das vigas
metálicas
Torção das lajes
Flexão das vigas
metálicas
Flexão das lajes
Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Atuação de sobrecargas ou concentração de tensões
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Fissuração das alvenarias submetidas à compressão axial devido a sobrecarga originando
Trincas horizontais
Trincas verticais
Trincas nas bordas dos
painéis de alvenaria com aberturas
Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
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Configurações típicas de trincas provocadas pela flexão de vigas e
lajes
Fissuras de cisalhamento entre
painéis pré-fabricados
Trincas verticais e horizontais em
alvenarias
Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
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Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Painel Painel Painel Painel
Componente superior Viga metálica
Laje
Cisalhamento entre painéis pré-fabricados por deflexão dos componentes metálicos e lajes
Fissura de cisalhamento
Componente de apoio Viga metálica
Fissura de cisalhamento
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A parede solicitada à flexão passa a comporta-
se como viga alta
Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Deformação significativa da viga superior maior do que a
viga de apoio
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Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Trincas
Componente superior Viga metálica
Deformação do componente de apoio inferior menor do que o componente superior A parede comporta-se como viga
Componente de apoio Viga metálica
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O piso passa a trabalhar como capa de compressão da mesma,
produzindo fissuras, lascamentos e destacamentos no piso
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Flexão significativa da laje
Placas do piso
Laje Viga de aço
Destacamento de piso devido à excessiva deformação da laje Profª M.Sc. Thaísa Rocha
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A capacidade de carga e a deformabilidade dos solos
dependem dos seguintes fatores
Disposição do lençol freático
Dimensões e formato da placa
carregada
Tipo e estado do solo (areia nos vários estados
de compacidade ou argilas nos vários estados de
consistência)
Intensidade da carga, tipo de fundação (direta ou
profunda) e cota de apoio da fundação
Fenômenos a serem considerados na questão da patologia em edifícios com estrutura metálica
Atuação de sobrecargas ou concentração de tensões
Interferência de fundações vizinhas
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Referências bibliográficas
Aulas Profº Leonardo Miranda
Aulas Profº Marco Argenta
http://wwwo.metalica.com.br/patologias-comuns-em-estruturas-metalicas
http://wwwo.metalica.com.br/corrosao-em-estruturas-metalicas
https://www.researchgate.net/figure/FIGURA-1-Situacao-de-falhas-na-estrutura-metalica-devido-a-incompatibilidade-de-projeto_fig1_308180886
https://www.clubedaestrutura.com.br
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