ESTRUTURAS METÁLICAS - dcc.ufpr.br · 21/03/2018 . 1 . estruturas metÁlicas . universidade federal do paranÁ departamento de construÇÃo civil construÇÃo civil iii (tc-038)

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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

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Preparo e Pintura


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as

Projetar uma estrutura significa resolver integralmente os

seguintes aspecto

Segurança

Funcionalidade

Durabilidade





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Construção metálica

E T A P A S

Manutenção

Concepção estrutural

Fabricação

Montagem

Utilização


Profª. M.Sc. Thaísa Rocha

Universidade Federal do ParanáDepartamento de Construção CivilConstrução Civil III

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Preparo e Pintura


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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





Preparo e Pintura


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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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projeto





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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

diferencial Profª M.Sc. Thaísa Rocha



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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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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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Por pontos




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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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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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Por frestas





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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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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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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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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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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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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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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


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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de

fiss

ura

s

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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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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olo

gias


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





Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pat

olo

gias


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





Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pato

logi

as


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





Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pato

logi

as

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





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17




Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pat

olo

gias

Configurações típicas de fissuras provocadas em

vedações decorrentes de

Torção das vigas

metálicas

Torção das lajes

Flexão das vigas

metálicas

Flexão das lajes


Atuação de sobrecargas ou concentração de tensões





Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pat

olo

gias

Fissuração das alvenarias submetidas à compressão axial devido a sobrecarga originando

Trincas horizontais

Trincas verticais

Trincas nas bordas dos

painéis de alvenaria com aberturas






Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pato

logi

as

Configurações típicas de trincas provocadas pela flexão de vigas e

lajes

Fissuras de cisalhamento entre

painéis pré-fabricados

Trincas verticais e horizontais em

alvenarias






Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pato

logi

as


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




21/03/2018

18




Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pat

olo

gias

A parede solicitada à flexão passa a comporta-

se como viga alta


Deformação significativa da viga superior maior do que a

viga de apoio





Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pat

olo

gias


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





Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pato

logi

as

O piso passa a trabalhar como capa de compressão da mesma,

produzindo fissuras, lascamentos e destacamentos no piso


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




Preparo e Pintura


Light Steel Frame

Falh

as

Pato

logi

as

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


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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ESTRUTURAS METÁLICAS - dcc.ufpr.br · 21/03/2018 . 1 . estruturas metÁlicas . universidade federal do paranÁ departamento de construÇÃo civil construÇÃo civil iii (tc-038)