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Módulo 2
Índice - Módulo 25. O material Aço• ComposiçãodoAço• AproduçãodoAço• Ostiposdeaçosmaiscomunsnaconstruçãocivil
6.Ousodoaço• VantagenseDesvantagensdousodoAçoemEstruturas• AalturadasVigas• OModeloteóricoeocomportamentoreal• Aquestãodocustoinicial• Aquestãodacorrosão• Aspropriedadesdosmateriais• Aclarezadaconcepçãoestrutural• Estruturametálica:umsistemapré-fabricado• Dimensõesdaspeçasemumaestruturaemaço• Areciclagem• Reformas,ampliaçõesenovosusos
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Parte 1 - Características do Aço na Construção Civil
5. O material Aço
Composição do Aço
Oaçoéumaligametálicaconstituídafundamentalmentedeferroecarbono.Alémdessesdoiselementos,dependendodotipodeaçoquesequerobter,sãoencontradosoutros elementos tais como:manganês, silício, fósforo, enxofre,alumínio,cobre,níquel,nióbio,entreoutros,quemodificamaspropriedadesfísicasdaliga,taiscomoresistênciamecânica,resistênciaacorrosão,ductilidadeemuitasoutras.
Algunsdoselementosquefazempartedamatériaprimautilizadapermane-cemna ligae sua retiradaéeconomicamente inviável.Sãoasdenominadasimpurezas,cujasquantidadesnãochegamaafetarodesempenhodomaterial.
Abaixoémostradooexemplodeumaliga:
AÇO=Fe+C+Si+Mn+P+S(...)
C 0,22% P<0,045% S<0,055% 0,4%<Mn<0,6% onde: Fe=ferro C=carbono Si=silício Mn=manganês P=fósforo S=enxofre.
Paraaobtençãodeaçosmaisresistentesàcorrosãosãoadicionadasquantida-desdeterminadasdecobre;paraaços inoxidáveis,éadicionadocromo;paraaçosresistentesaácidos,níquel,eassimpordiante.
Sistemas Estruturais em Aço
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Módulo 2
Aquantidadedecarbonoédesumaimportâncianascaracterísticasmaisim-portantesdoaço.Açoscomporcentagemmaiordecarbonosãomaisresisten-tes,mas,emcompensação,tornam-sepoucodúcteisebastantequebradiços.Commenoscarbonosuaresistênciacai,masaumentaaductilidade.
Aductilidadeéumadascaracterísticasmaisimportantesdosmateriaisestru-turais.Osmateriaiscomboaductilidadepossibilitamavisualizaçãodegrandesdeformaçõesempeçasestruturaissubmetidasatensõesmuitoelevadas,servin-doentão,como“aviso”dequearupturapodeacontecerouainda,permitindoaredistribuiçãodeesforçosparaelementosmenossolicitados.
Parasabermaissobreaçoscarbono:http://www.cbca-ibs.org.br/nsite/site/acos_estruturais.asp
AproduçãodoAço
Comofoivisto,asmatériasprimasbásicasparaaproduçãodoaçosão:minériodeferroecarvãocoque.Aessassãoadicionadosocalcário,comfunçãoespe-cíficaderetirarimpurezas.
Antesdoiníciodaproduçãodoaço,ocarvãomineraléqueimadonacoqueriaetransformadoemblocosdeaproximadamentemesmasdimensões,denomi-nadoscoqueoucarvão–coque.
Comooferroéraramenteencontradopuronanatureza,usa-seoseuminé-rio.Paratransformarominérioemferroénecessárioasuaqueima.Paraisso,quantidadespré-definidasdeminério,coqueecalcáriosãocolocadasnapartesuperiordeumfornoespecialdenominado“alto-forno”.Napresençadecaloressesmateriaissãofundidos,produzindoferroeimpurezas.
Ocoque,empresençadeumar superaquecido introduzido sobpressãonaparteinferiordoforno,queimaeformaumgásqueremoveosóxidosdomi-nériodeferro.Ocalordacombustãoliquefazocalcário,oqual,combinando-secomasimpurezasdominériodeferro,formaaescória,aomesmotempoemquefundeoferrocontidonominério.Acarganofornotorna-seprogres-sivamenteviscosaelíquida.
Aescória,porsermaisleve,flutuasobreoferroemfusão,chamadonessees-tágiodegusa.Osdoiscomponentessãoseparados,aescóriaédestinadaàpro-duçãodecimentoeoferrogusaédespejado,aindalíquido,emumrecipientedenominadoCarro-Torpedo.
Oferrogusapossuialtaporcentagemdecarbono(3,5%a4%),absorvidodocoque,enãotemaplicaçãoestrutural.
Paratransformarogusaemaçoénecessárioreduziraquantidadedecarbono.Paraissooferrogusaémisturadocomaparasdeaço(sucata)ecalcário,econ-duzidoaumfornoemformadebarril,denominado“conversor”.
Oxigêniodealtapurezaéintroduzidonotopodofornoavelocidadesupersô-nica,numfluxocomduraçãoaproximadade20minutos.Duranteesseproces-so,temperaturasmuitoaltassãoatingidas,quandoentão,équeimadooexcessodecarbonoeeliminadasasimpurezasnãoabsorvidaspelocalcáriofundido.Altoforno–ArcelorMittal–CST–ES
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Sistemas Estruturais em Aço
Finalmenteoaçoédespejadoemmoldesdenominadoslingoteiras,resultandoemblocosdeaçochamadoslingotesoutarugos.
Apartirdaí,oaçopassapeloprocessodelaminaçãoaquenteondeétrans-formadoemperfisouchapas.Antesdalaminação,olingotepassapelofornopoço,ondesofrenovoaquecimentoparafacilitaroprocesso.
VejaoCiclocompletodeproduçãonolink,disponívelnoambientedocurso.
Os tipos de aço mais comuns na construção civil
NoBrasilsãofabricadosváriostiposdeaçoparafinsestruturais,quepodemserconhecidosatravésdeconsultaàNormaBrasileiraNBR8800.
Entreeles,apresentamosaseguir,osaçosmaiscomumenteutilizados:
Tipo de Aço Usos mais comunsASTMA-36-também conhecidocomoaçocomum
perfislaminados,perfisdechapadobradaedechapassoldadas.
ASTMA-500–GA(grauA) fabricaçãodetubosASTMA-570-G33(grau33) fabricaçãodeperfisdechapadobrada
finos.ASTMA-577 fabricaçãodeperfislaminadosesoldadosSAE1020 chapasplanas,perfisdechapadobradae
barrasredondas.
Açospatináveisoudemaiorresistênciaàcorrosão
Sãoaindafabricadoschapasplanasdeaçosespeciaisresistentesacorrosão,taiscomooCSNCOR(CSN),oUSI-SAC300eUSI-SAC350(Usiminas),COS–AR–COR-400(COSIPA)eCSTCOR,(CST),entreoutros.Maisadianteabordaremosestetipodeaço.
Parasabermaissobreaçospatináveis:http://www.cbca-ibs.org.br/nsite/site/acos_estruturais.asp
Osaçosaindarecebemdenominaçõesadicionaiscomograu,queidentificaacomposiçãoquímicaeclasse,queoqualificaquantoaresistênciamecânicaeacabamentosuperficial.
Parasabermaissobreahistóriadaevoluçãodousodoaçoeseuprocessodefabricaçãoacesseolink,noambientedocurso:Módulo1-apostiladoCursodeIntroduçãoaoUsodoAçonaConstrução-CBCA.
Paneladaaciariaderramagusaesucatanoconversor
Lingotamentocontínuo
Laminadordetirasaquente
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Parte 2
6. O uso do Aço
Vídeo - As Vantagens do Aço
Vantagens e Desvantagens do uso do Aço em EstruturasAescolhadoaçocomomaterialestruturaldeveserembasadaemcritériosquemostremsereleomaterialmaisindicadoparadeterminadasituação.Ébomlembrarqueoptarpeloaçoapenasporsimpatiaouatéporcuriosidadepelomaterialpode levara soluçõesmuitodesvantajosasequepodemcriarumavisãodesfavoráveldomaterial.Paraajudaraembasaradequadamenteaescolhapeloaçoéquesãomostradasaseguirasvantagensetambémasdesvantagens,procurando-seseromaisisento.
VantagensGranderesistênciaaesforços.Talvezsejaessa,emprincípioamaiorvantagem.Noentanto,comoserávistomaisadiante,essavantagempodeemdetermina-dassituaçõesserdesfavorável.
Paraumamelhorvisãodoquantooaçoéresistente,veja-seacomparaçãocomoutrosmateriaisconvencionais:
Tensão admissível à compressãoσ aço 1500kg/cm²
σ concreto 100kg/cm²
σ madeira 80kg/cm²Tensão admissível à traçãoσ aço 1500kg/cm²
σ concreto 10kg/cm²
σ madeira 90kg/cm²
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Vê-sepelosvaloresacimaqueoaçoalémdeseromaisresistenteapresentaumacaracterísticamuitointeressanteparaasestruturas:resistênciasiguaisatraçãoecompressão.
Comoconseqüênciadesuamaiorresistênciaoaçopermitepeçasestruturaiscommenoresdimensões.
Afiguraaseguirmostraacomparaçãoentreasdimensõesfinaisentreumaestruturaconvencionaldevigaemconcretoarmadoeumaestruturacomvigadeaço.
Aço X concreto – Vigas
Afiguraseguintemostraomesmocomparativoentepilaresdeconcretoepilaresdeaço.
Sistemas Estruturais em Aço
Aço X concreto – Pilar
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A altura das Vigas
Pode-seseverqueasvigasmetálicasapresentamumaalturadaordemde60%dasvigasemconcreto.Issoproporcionaoutrasgrandesvantagensparaoprojeto,taiscomomenorpédireito,logomenoráreadeacabamento.Alémdisso,aalturafinaldoedifícioresultamenor.Umedifícioemestruturamistade20andareschegaateralturaequivalenteaumedifíciode19andaresemestruturadeconcreto,oquepode,emdeterminadassituações,viabilizarumedifícioemtermosdogabaritopermitido.
Emconseqüênciadamenordimensãodoselementosdaestrutura,obtém-semenorpesoprópriodaestrutura,resultandoemmenorcarganafundação.
O peso próprio da estrutura
Grossomodo,umaestruturadeaçopesa6vezesmenosqueumaestruturaequivalenteemconcretoarmado.Aestruturaemaço,sendobemmaisleve,possibilitafundaçõesmaiseconômicasouadaptáveisaregiõesemqueosoloexijasoluçõesmaiscomplexas.
O Modelo teórico e o comportamento real
Asoluçãoestruturalemaçoapresentaumresultadomuitopróximoentreomodeloteóricoeocomportamentoreal.Umvínculoemaço,comoporexemploaligaçãoentreumavigaeumpilar,seadotadocomoarticulado,poderáserexecutadoperfeitamentearticuladocomrelativafacilidade.Noconcretoarmadomoldadoin-loco,muitasvezesadota-senomodeloteó-ricoumvínculoarticuladoquequandodaexecuçãoafasta-semuitodestasituaçãoteórica,oquepodeacarretarproblemasdeordemeconômicaoudecomportamentoestruturalinadequado.
A questão do custo inicial
Aoseoptarpelousodoaçonasestruturas,deve-selevaremcontaaques-tãodecusto.Emalgumassituaçõesocustoinicialdaestruturaemaçopodeserbemmaiselevadodoqueemconcretoarmado.Issogeralmenteocorrequandooprojetoarquitetônicoobrigaousodevãosmuitodíspares.Sendoaestruturametálicaumprocessoindustrializado,ousodemedidasextre-mamentevariáveis,vaiacarretarperfismuitodiferentes,detamanhosmuitodiferentes,resultandoemgrandesperdas,oquesemdúvidatendeadeixaraestruturadeaçomaiscara.Umprojetobemmoduladoproporcionasoluçõesmuitomaiseconômicasevantajosas,quandocomparadasàsestruturasdeconcretoarmado.
Deve-selembrar,ainda,queocustodaestruturaéapenasumdoscompo-nentesdocustofinaldaedificação.Mesmoapresentandoumcustoinicialumpoucomaiorqueaestruturadeconcreto,até30%,pode-seoptarcomtranqüilidadeporumaestruturadeaço,jáqueasvantagensdesuaincidênciaemoutroselementosdaconstrução,taiscomofundaçõesmaisleves,meno-resperdasnosacabamentos,maiorrapidezdeexecução,entreoutras,podemfazercomquenapiordashipótesesocustofinaldaobrasejaigualàqueledeumaestruturadeconcretoarmado.
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Sistemas Estruturais em Aço
(Gráfico:ConstruçãoemAço)
(Gráfico:ConstruçãoConvencional)
A questão da corrosão
Umoutroaspectoquepodeserlevantadocomonegativoparausodoaçoéapossibilidadedesuadeterioraçãoemcontatocomomeioambiente.
Oaçoenferruja.Aferrugem,ouoxidação(Fe+O),constituiumacamadaprotetora,masfacilmenteremovível,gerando,portanto,oprocessodecor-rosãodomaterial,ouseja,diminuiçãonaespessuradoelementoestrutural.Acorrosãochegaaconsumircamadasquevariamentre9μmporanoemambientesmenosagressivosemaissecos,comoBrasília,e170μmporanoemambientesúmidosemarinhos,comoPraiaGrande,emSãoPaulo.
Paraminimizaroproblemasãofabricadosaçosespeciais,que,comadiçãodecobre,cromoouníquelemsualiga,apresentamumacamadadeoxidaçãoirremovíveldenominadapátina.Apátinaaumentaemmuitoaresistênciadoaçoàcorrosão.
Teremos,maisadiantenestecurso,ummódulodedicadoexclusivamenteaesteassunto,ondeiremosconhecerasformasadequadasdeproteçãoàcorro-são.
As propriedades dos materiais
Oconcreto,pelamaneiracomqueéproduzido:umamisturaquasequealeatóriadecimento,areia,pedraeágua,nãopermiteacreditarnumares-postaprecisaquantoassuaspropriedades;oaçoque,porsuavez,éobtidoindustrialmente,comaltocontroledequalidade,resultaemummaterialmaisconfiávelquantoassuaspropriedades,podendoseraplicadocomcoeficien-tesdesegurançamaisbaixos,oqueobviamenteresultaempossibilidadedeeconomia.
A clareza da concepção estrutural
Aconcepçãodeumaestruturametálicaérevelada,claramentedepoisdeexecutadaepodeserfacilmenteentendida.Omesmonemsempreocorreemestruturasdeconcretoarmado.Umaligaçãoentreumavigaeumpilaremconcretoarmadomoldado“inloco”nuncaévisível,logoumaanálisevisualnãopermiteconcluirsealigaçãofoiconcebidacomoarticuladaourígida.
Estrutura metálica: um sistema pré-fabricado
Aestruturametálicaéumsistemapré-fabricado;nocanteiroocorreapenassuamontagem,permitindoserexecutadaemlugaresexíguos,necessitan-do,emalgumasocasiões,deespaçoparalocomoçãodegruasouguindastesepequenodepósito.Ocanteirodeobratorna-semaisracionalepodeterdimensõesreduzidas.
Aquestãodadimensãoouatémesmodatopografiadesfavoráveldocanteirodeobrapodeserumfatordecisivoparaaopçãopelaestruturametálica.
Aestruturametálica,porserumaestruturapré-fabricada,comcomponen-tesindustrializados,podeserfabricadaemontadamuitorapidamente.Umaestruturaemaçoconsomeaproximadamente60%dotemponecessáriopara
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Módulo 2
aexecuçãodeumaestruturaequivalenteemconcretoarmado.Nãonecessitadetempodecura,ediversasatividadesdeconstrução,taiscomofundação,podemserexecutadassimultaneamenteàfabricaçãodaestrutura.
Dimensões precisas das peças em uma estrutura de aço.
Devidoaosistemadeindustrialização,asdimensõesdaspeçasemumaestru-turaemaçosãomuitoprecisasepodemserexpressasemmilímetros.Errosdeaté1cmsãoplenamenteaceitáveisemestruturasdeconcretoarma-do,masnãoemestruturasdeaço,ondeastolerânciassãodeapenas5mm.
Devidoàprecisãooselementosestruturaispodemserperfeitamenteali-nhados,niveladoseaprumados.Asestruturasmetálicassãotãoprecisasquepodemservirdegabaritoparaaexecuçãodedemaiscomponentesdaedifi-cação,taiscomovedaçõeseacabamentos,oquepodelevaraumaeconomiadeaté5%naaplicaçãodessesmateriais.
A reciclagem
Sabe-sequehojeoprocessodeurbanizaçãoémuitorápido,edifíciosmudamdeuso,ousãodemolidosparadarlugaraoutrasedificações.
Comligaçõesparafusadas,asestruturasemaçopodemserfacilmentedes-montadas,podendoserreutilizadasemoutroslugaresoureaproveitadasnaexecuçãodenovasedificações.Aindaqueseuselementosnãosejamreutiliza-dos,omaterial,comosucata,podeserreaproveitadonafabricaçãodenovosprodutosdeaço,devidoàinfinitapossibilidadedereciclagemqueoaçopossui.
Reformas, ampliações e novos usos
Pelamesmarazãovistanoitemanterior,muitasedificaçõespodemterseuusoalterado,aoseremsolicitadasporcargasmaiores,oumesmopelaexigên-ciadeumanovacomposiçãoestrutural,oquepoderesultarnanecessidadedeumreforçoestrutural.
Atravésdesoldagemdechapasouperfisavigasepilaresexistentes,épossívelreforçá-lascomfacilidade,permitindoumaumentonosvãosenascargas.Esteaspectotambémsetornadesumaimportâncianarecuperaçãodeestru-turasqueforamsujeitasasinistros.
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