Estruturas de aço. Aspectos tecnológicos e de concepção.

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Estruturas de aço.

Aspectos tecnológicos

e de concepção.

Prof. Edson Lubas Silva

Agradecimento ao Prof. Dr. Valdir Pignatta pelo material cedido

ASPECTOS TECNOLÓGICOS

DOS AÇOS ESTRUTURAIS

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ferro + carbono = aço

minério de ferro minério de carvão

+ +

impurezas impurezas

O que é o aço?

A fabricação do aço

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CARVÃO

MINÉRIO DE FERRO

FUNDENTESSINTERIZAÇÃO

COQUERIA

LINGOTAMENTOCONVENCIONAL

FORNO-POÇO

CONVERTEDOR LD

DESSULFURAÇÃO

LAMINADOR LAMINADOR PRIMÁRIO SECUNDÁRIO

LAMINADOR BLOCOS / TARUGOS

CARRO TORPEDO

PRODUTOSCARBOQUÍMICOS BENZENO

TOLUENOXILENOPICHENAFTALENOAMÔNIA ANIDRAOUTROS

ALTO FORNO

TARUGOS

BLOCOS

PLACAS

RESÍDUOS

COQUE

GUSA

SINTER

AÇOLINGOTES

LINGOTES

LINGOTAMENTO CONTÍNUO

ESTAÇÃOARGÔNIO

RHFORNO PANELA

ESTRIPAMENTO

AÇO

PROCESSO PRODUTIVO

Redução do minério de ferro

Alto-forno

CARRO-TORPEDO GUSA

VENTANEIRAS

COQUE

MINÉRIO DE FERRO

Etapas para a Fabricação do Aço

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Refino do aço

Aciaria

Aço Líquido

Escória

Lança O2



Refino do aço

Aciaria

Escória

Aço Líquido

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Lingotamento Contínuo

Corte a GásPlaca


Forno de Reaquecimento

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Conformação mecânica

Laminação


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Laminação

\



Laminação


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Matéria prima

Alto forno

Fabricação do gusa

Aciaria

Fabricação do aço

Tratamento: sinterização e coqueria

Lingotamento

LTQ - Laminação de tiras a quente

1,80 mm – 11,00 mm

LTF - Laminação de tiras a frio

0,60 mm – 3,00 mm

LCG - Laminação de chapas grossas

5 mm – 140 mm

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Desbastador

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1o Passe

2o Passe

3o Passe

4o Passe

5o Passe

6o Passe

7o Passe

DESBASTADOR

CONJUNTO UNIVERSAL

1o Passe

Edger

2o Passe

3o Passe

Edger

4o Passe

5o Passe

Edger

6o Passe

7o Passe

Edger

8o Passe

9o Passe

Edger

10o Passe

Saída do Conjunto Universal

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PLANOS

Placas

Bobinas

Chapas

Produtos de Aço

NÃO-PLANOS

Lingotes,blocos e tarugos

Trilhos

Perfis

Vergalhões

Tubos

Fio-máquina

Controle de qualidade ao longo de todo processo

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Indústria siderúrgica

Grandes fabricantes

de

estruturas metálicas

Grandes fabricantes

de

componentes metálicos

Montadoras

Distribuidores de

produtos siderúrgicos

Pequenos fabricantes

PROPRIEDADES MECÂNICAS

DOS

AÇOS ESTRUTURAIS

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F

Deformação em um corpo de prova submetido à tração

Diagrama tensão-deformação

em escala real

resistência associada ao limite

de proporcionalidade - fp

resistência ao escoamento - fy

resistência à ruptura - fu

usty

p

regime

elástico-

linear

regime

plástico

encruamento

patamar de

escoamento

ruptura

Diagrama tensão-deformação em escala deformada

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Elasticidade

Capacidade do elemento voltar à forma original após

sucessivos ciclos de carregamento e descarregamento.

•A deformação elástica é reversível: desaparece

quando a tensão é removida.

A deformação elástica é

conseqüência da movimentação dos

átomos constituintes da rede

cristalina do material, desde que a

posição relativa desses átomos seja

mantida.

Em nível de microestrutura…

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DISPOSIÇÃO DE ÁTOMOS DE FERRO NO CRISTAL

ELEMENTO IDEAL – MODELO DE ESFERAS RÍGIDAS

ELASTICIDADE

MECANISMO DE ESCORREGAMENTO NO CISALHAMENTO

(SIMPLIFICADO)

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deformação plástica residual após o descarregamento

deformação elástica + deformação plástica

Deformação plástica

Deformação permanente provocada por tensão igual ou

superior à resistência associada ao limite de proporcionalidade

Resultado de um deslocamento permanente dos átomos

que constituem o material

ELASTICIDADE

MECANISMO DE ESCORREGAMENTO NO CISALHAMENTO

(SIMPLIFICADO)

PLASTICIDADE

Sem imperfeições fu = E/20

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DISPOSIÇÃO DE ÁTOMOS DE FERRO NO CRISTAL

ELEMENTO REAL - IMPERFEIÇÕES

VÁZIOS

ÁTOMO

IMPURO

Ductilidade

Ductilidade é a capacidade dos materiais de

se deformar plasticamente sem se romper

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• redistribuição de tensões elevadas

•grandes deformações aviso de tensões elevadas

Ductilidade

F

F

M

fy

M

fy fy fy

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Tensões residuais

arctan E

fy

fy - r

fy

Aço virgem Aço com tensão residual

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•AÇOS-CARBONO

•AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA

LIGA SEM TRATAMENTO TÉRMICO

•AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA

LIGA COM TRATAMENTO TÉRMICO

TIPOS DE AÇOS

Tipo de Aço fy

(MPa)

fu

(MPa)

ASTM-A36 250 400

ASTM-A570 (gr.36) 250 365

NBR 6648/CG-26 255* 410

*

245**

410**

NBR 6650/CF-26 260 410

NBR 7007/MR-250 250 400

•não contém elementos de liga

•podem ser divididos em baixo, médio e alto carbono

(baixo carbono - mais adequados à construção civil.

AÇOS-CARBONO

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AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA

SEM TRATAMENTO TÉRMICO

•fy 300MPa

•elementos de liga, com teor inferior a 2%,

•maior resistência mecânica ou resistência à corrosão

•adequados à utilização na construção civil

(necessária uma análise econômica comparativa com os aços-carbono,

que têm menor resistência e custo unitário menor)

Tipo de Aço fy

(MPa)

fu

(MPa)

COS-AR-COR 500 375 490

COS-AR-COR 400 250 380

USI-SAC-350

(SAC 50)

373 490

USI-SAC-250

(SAC-41)

250 402

CSN-COR-500 380 500

CSN-COR-420 300 420

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•elementos de liga com teor inferior a 2% + tratamento térmico especial

posterior à laminação

•alta resistência mecânica (fy 300Mpa)

aplicação: tanques, vasos de pressão, dutos forçados

AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA

COM TRATAMENTO TÉRMICO

AÇOS SEM QUALIFICAÇÃO ESTRUTURAL

•aço SAE são freqüentemente empregados na construção civil

componentes de telhas

caixilhos

chapas xadrez

estruturas (indevidamente)

não são aços estruturais

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SAE 1 0 2 0

elemento de

liga (para o aço

carbono o

algarismo é 1)

porcentagem

aproximada da

liga (zero

significa a

ausência deste

elemento)

teor médio de

carbono

(20 significa

0,20% médio de

carbono)

designação dos aços SAE

“A utilização de aços sem qualificação estrutural para

perfis é tolerada se o aço possuir propriedades

mecânicas adequadas para receber o trabalho a frio e

fy 180MPa fu 300MPa”

NBR 14762

“Dimensionamento de estruturas de aço constituídas

por perfis formados a frio”

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Elementos de aço

CHAPAS

Produtos planos laminados de aço com largura superior a 500mm,

sendo classificados como:

chapas grossas - t > 5mm

chapas finas - t 5mm

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chapas grossas

espessura: 5,00mm < t 150,00mm

largura-padrão: 1,00m L 3,8m

comprimento-padrão: 6,00m c 12,00m

chapas grossas

dimensões preferenciais (mais econômicas)

largura: 2,44m

comprimento: 12,00m

espessuras: conforme tabela

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Espessuras-padrão das chapas grossas de aço

(mm)‏

6,30 25,0

8,00 31,5

9,50 37,5

12,5 50,0

16,0 63,0

19,0 75,0

22,4 100,0

Utilização

perfis soldados

perfis formados a frio (depende da disponibilidade de equipamento)

chapas de ligação, placas de base, chapas de piso

chapas grossas

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chapas finas

espessura: 0,60mm t 5mm

chapas finas a quente: 2mm t 5mm

chapas finas a frio: 0,60mm t 3mm

largura-padrão: 1,00m L 1,50m

comprimento-padrão: 2,00m c 3,00m (chapas a frio)

2,00m c 6,00m (chapas a quente).

chapas finas

dimensões preferenciais (mais econômicas)

largura: 1,20m

comprimento:

chapas finas a quente: 3m

chapas finas a frio: 2m ou bobina (custo menor)

espessuras: conforme tabela

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0,60 2,25

0,75 2,65

0,85 3,00

0,90 3,35

1,06 3,75

1,20 4,25

1,50 4,50

1,70 4,75

1,90 5,00

Espessuras-padrão das chapas finas de aço

(mm)‏

Utilização

perfis formados a frio (chapa dobrada)

telhas, caixilhos

chapas finas

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PERFIS

perfis de utilização corrente

seção em forma de:

I, H, U, Z - denominação análoga a essas letras

L - cantoneira

Os perfis podem ser obtidos por:

•laminação - Perfis laminados

•conformação a frio - Perfis formados a frio

•soldagem de chapas - Perfis soldados

•eletrofusão - perfis eletro-soldados

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PERFIS SOLDADOS

Perfil soldado é o perfil constituído por três chapas de aço estrutural,

unidas entre si por soldagem a arco elétrico, formando

aproximadamente em sua seção transversal um I.

•largamente empregados na construção de

estruturas de aço

•grande versatilidade de combinações possíveis

de espessuras com alturas e larguras

•redução do peso da estrutura,

comparativamente com os perfis laminados

disponíveis no mercado atualmente.

produzidos pelos fabricantes de estruturas metálicas a partir do corte e

soldagem das chapas fabricadas pelas usinas siderúrgicas

soldagem: eletrodo revestido, arco submerso ou outro tipo

material de solda - compatível com o tipo de aço a ser soldado

(características similares de resistência mecânica, à corrosão, etc.)

PERFIS SOLDADOS

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--

NBR 5884

“Perfil‏I‏estrutural‏de‏aço‏soldado‏por‏arco‏elétrico”

Série VS perfis tipo viga

1,5 < d/bf 4

Série CS - perfis tipo pilar

d/bf = 1

Série CVS - perfis tipo viga-pilar

1 < d/bf 1,5

Série PS – quaisquer

dimensões, fabricado

conforme NBR 5884

série - altura em milímetros - massa aproximada em quilogramas por metro

CS 300x62 (d = 300mm; massa = 62,4 kg/m)

Designações

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Perfis formados a frio

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realizado por prensa dobradeira

a “faca” da dobradeira é prensada contra a chapa de aço, obrigando-a a

formar uma dobra

várias operações similares a essa fornecem à seção do perfil a

geometria exigida no projeto

o comprimento do perfil está limitado à largura da prensa.

adequado a pequenas quantidades de perfis.


Processos de fabricação

Descontínuo

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processos de fabricação

deslocamento longitudinal de uma chapa de aço, sobre os roletes de uma

linha de perfilação

os roletes conferem à chapa, a forma definitiva do perfil

quando o perfil deixa a linha de perfilação, ele é cortado no comprimento

indicado no projeto

adequado à fabricação em série.

Contínuo

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processo fabricantes especializados

contínuo em perfis formados a frio

processo fabricantes

descontínuo de estruturas metálicas.

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Estricção

aumento da resistência ao escoamento e da resistência à ruptura

devido ao dobramento

fenômeno conhecido como envelhecimento (carregamento até a

zona plástica, descarregamento, e posteriormente, porém não

imediato, o carregamento).

redução de ductilidade

qualquer processo de fabricação: perfilação ou dobradeira


dobramento aumento de resistência

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Raio de dobramento depende do tipo de aço

Dureza

Resistência

Fabricação (Ca-Si)

Direção de dobramento

Raio de dobramento

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PERFIS LAMINADOS

fabricados na laminação à quente nas usinas siderúrgicas

PERFIS LAMINADOS

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1o Passe

2o Passe

3o Passe

4o Passe

5o Passe

6o Passe

7o Passe

DESBASTADOR

CONJUNTO UNIVERSAL

1o Passe

Edger

2o Passe

3o Passe

Edger

4o Passe

5o Passe

Edger

6o Passe

7o Passe

Edger

8o Passe

9o Passe

Edger

10o Passe

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Saída do Conjunto Universal

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PERFIS LAMINADOS

Mesas com faces paralelas

Mesas com faces inclinadas

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DetalhesPerfis eletro-soldados

Mesa superior

Mesa inferior

Alma

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Fábrica

Processo de eletrofusão

• Fabricados hoje conforme

padrão de tolerância

da NBR 15279: 2005.

• Aço ASTM A572 grau 50

ou Cos Ar Cor 350

Produtos

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VE 300 x 26

Ex:

Viga eletro-soldado

altura

Peso por metro

linear

• Denominação do perfil

nome - VE, CE, CVE e VEE

• Classe do perfil

classe 1 e 2

• Padrão de tolerância

1 - especial, 2 - convencional, 3 - estaca

Como

Especificar

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