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AULA 4

CURSO TÉCNICO DE EDIFICAÇÕES

Disciplina: Projeto de Estruturas

Aula 4

unipacs.com.br Aula 4

ESTRUTURAS DE AÇO

Show room da Ferrari e Maserati - São Paulo/SP


A construção em aço, além de ser extremamente versátil e durável,

está em perfeita sintonia com o conceito de desenvolvimento

ambientalmente sustentado.

O aço é material 100% reciclável podendo, esgotada a vida útil da

edificação, retornar aos fornos sob forma de sucata e se tornar um

novo aço, sem perda de qualidade.

A construção com estruturas em aço utiliza tecnologia limpa, reduz

sensivelmente os impactos ambientais na etapa de construção e,

concluída a obra, garante segurança e conforto aos ocupantes da

edificação.

ESTRUTURAS DE AÇO


(de 0,002% até 2,00%, aproximadamente)

ESTRUTURAS DE AÇO

Propriedades específicas, sobretudo de resistência e de ductilidade, muito importantes para suas aplicações na engenharia civil.

*Nos aços utilizados na construção civil o teor

de carbono é da ordem de 0,18% a 0,25%.


Elementos residuais resultantes do processo de fabricação:

• Enxofre;

• Silício;

• Fósforo;

• Etc.

Também outros elementos de liga:

• Cromo;

• Manganês;

• Níquel; • Etc.

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As propriedades dos aços, no entanto, não dependem

apenas da sua composição química.

Além dela, características ditas microestruturais,

resultantes de tratamentos térmicos, de deformações

mecânicas e de velocidade de solidificação, conferem

propriedades físicas, mecânicas e químicas adequadas

às suas diversas aplicações.

ESTRUTURAS DE AÇO


Vantagens :

• Não polui o meio ambiente:

o aço é obtido a partir do minério de ferro, que é um dos

elementos mais abundantes no planeta. Do processo de

produção resulta um material homogêneo, que não libera

substâncias que agridem o meio ambiente;

• Uso de coprodutos:

os coprodutos resultantes da produção do aço também podem

ser utilizados na construção civil.

Os agregados siderúrgicos são usados na produção de cimento

e podem ser empregados na pavimentação de vias e como

lastro em ferrovias;

ESTRUTURAS DE AÇO


• Economia de tempo na execução:

o aço permite maior velocidade da construção, visto que os

componentes, na sua maioria, são produzidos fora do canteiro

de obra. O tempo de construção é mais curto, minimizando os

incômodos causados à vizinhança;

• Economiza materiais e diminui os impactos:

o menor peso da estrutura em aço reduz as fundações e

escavações, gerando menor retirada de terra que,

consequentemente, diminui as viagens de caminhões para

sua remoção e a necessidade de áreas para descarte;

• Maximiza a iluminação natural com economia de energia:

a alta resistência do aço permite estruturas com vãos mais

amplos. Telhados e fachadas leves e transparentes favorecem

a iluminação natural e, consequentemente, a economia de energia elétrica;

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• Durabilidade:

existem diversas maneiras de proteção efetiva do aço contra

corrosão, seja por meio de revestimento metálico ou pintura,

ou ambos, que são cada vez mais aplicados diretamente às

chapas ou à estrutura durante o processo de fabricação;

• Flexibilidade:

edificações com estrutura em aço oferecem máxima liberdade

ao empreendimento, tanto na fase de operação como em

futuras adaptações. As construções podem ser facilmente

modificadas ou ampliadas para se adaptarem a novos usos;

• O aço é infinitamente reciclável:

o aço pode ser reciclado em sua totalidade sem perder

nenhuma de suas qualidades. Devido a suas propriedades

magnéticas, que não são encontradas em nenhum outro

material, o aço é facilmente separado de outros materiais,

possibilitando elevados índices de reciclagem.

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Desvantagens

• Corrosão:

A suscetibilidade à corrosão requer que eles sejam cobertos

com uma camada de tinta ou seja empregado outro método de

proteção. Outra alternativa é utilizar aços de alta resistência

mecânica e resistentes à corrosão atmosférica (USI-SAC-250

e 300, COS-AR-COR 500 e 400, CSN COR 420 e 500). Estes

aços são 2 a 4 vezes mais resistentes que os aços carbono e

dispensam qualquer proteção, a não ser em casos especiais,

tais como em regiões marinhas e industriais agressivas.

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• Exige cuidados com relação a composição do material para

impedir agressões químicas;

• Preço elevado da estrutura quando analisada de forma

isolada;

• Desembolso rápido de capital para aquisição da estrutura;

• Proteção ao fogo:

Medidas adicionais de proteção para aumentar o tempo de

resistência da estrutura metálica ao fogo. O aço perde metade

da resistência ao atingir temperaturas acima de 550 °C.

• Conforto térmico: O aço é um bom condutor de calor, logo

piora as condições de conforto térmico, o que recomenda

tratamento termo-acústico.

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Em situações menos drásticas, o aço comum também pode ser

protegido por alguns processos como:

• Pintura a base de pó de zinco;

• Pintura contendo zarcão e óleo de linhaça;

• Galvanização a fogo ou eletrolítica.

Principais tratamentos:

• Argamassa de vermiculita (1370°C),

• Mantas de fibra cerâmica (1760°C),

• Mantas de lã de rocha (1200°C),

• Tintas intumescentes (fogo retardantes) e

• Argamassa composta de gesso e

• Fibras (argamassa fibrosa).

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Aplicações do Aço

Construção Civil

Edificações de andares múltiplos

Construções de casas em geral

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Berliner Bogen – Hamburgo/Alemanha

Centro Empresarial do Aço – São Paulo/SP

Residência - Austrália



Shopping centers e supermercados

Armazéns e silos

Postos de gasolina

ESTRUTURAS DE AÇO



Estádios e ginásios poliesportivos

Galpões industriais

Pontes e viadutos

ESTRUTURAS DE AÇO



Pipe-racks e suportes

Reservatórios, caixas d’água, tanques em geral

Torres de transmissão, postes

ESTRUTURAS DE AÇO



Esquadrias, portões, janelas, portas

Coberturas, telhas, forros, revestimentos, calhas, dutos

Escadas, pisos, passarelas

ESTRUTURAS DE AÇO



Metrôs e estações rodo-ferroviárias

Contenções e fundações Outdoors

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ESTRUTURAS DE AÇO

Outras Aplicações

• Plataformas marítimas

• Indústria naval

• Indústria Automotiva

• Equipamentos diversos


Propriedades estruturais do aço

As propriedades mecânicas definem o comportamento dos aços

quando sujeitos a esforços mecânicos e correspondem às

propriedades que determinam a sua capacidade de resistir e

transmitir os esforços que lhes são aplicados, sem romper ou sem

que ocorram deformações excessivas.

Para compreender o comportamento das estruturas de aço é

essencial que o calculista esteja familiarizado com as propriedades

do aço.

ESTRUTURAS DE AÇO


Diagrama Tensão-Deformação do Aço

Uma barra de aço tensionada por um esforço crescente sofre deformação

progressiva de extensão (aumento do comprimento), dadas pelas seguintes

relações:

ESTRUTURAS DE AÇO

Deformação Linear Específica ou Alongamento (ε)


ESTRUTURAS DE AÇO

Fase Plástica – A deformação plástica

não é mais reversível:

O escoamento grandes deformações sem a variação (ou grandes variações) da

tensão aplicada

O encruamento, no qual a estrutura interna do material, submetida a tensões, se

rearranja, e volta a deformar de acordo com a tensão aplicada, embora não linearmente.

Fase de Ruptura – cada material tem um chamado limite de resistência, que é o valor

máximo da tensão que ele suporta.

A partir desse limite, entra-se em fase de ruptura, onde as deformações serão

prolongadas, mesmo com tensões decrescentes, até o corpo se romper.

Fase Elástica – fenômeno Lei de Hooke,

ou seja, sua deformação é proporcional à

tensão aplicada.


ESTRUTURAS DE AÇO


Elasticidade

A capacidade de voltar à forma original depois de sucessivos ciclos de carregamento

e descarregamento de um material é chamada elasticidade.

As deformações têm como constante de proporcionalidade o módulo de elasticidade

(E), que no aço estrutural e no ferro fundido tem um valor médio de 205 000 MPa.

Plasticidade

A partir da tensão de escoamento, o aço passa a se comportar como material plástico,

obtendo deformações não reversíveis. Essas alteram a estrutura interna do material.

Ao processo de aumento da dureza por deformação a frio dá-se o nome de

encruamento, e pode ser usado para aumentar a resistência do material – gerando o

aço encruado – aumentando o limite de escoamento ao gerar um novo material (pois

as estruturas se rearranjam).

No entanto, a ductibilidade é reduzida.

ESTRUTURAS DE AÇO


Ductibilidade É assim chamada a capacidade de um material de deformar-se sem rompimento,

ocorre um alongamento e uma diminuição da seção, faz com que a estrutura

redistribua as tensões locais elevadas.

As vigas dúcteis sofrem uma considerável deformação antes de se romperem, o que

funciona como um aviso de segurança – a estrutura mostra, antes de romper, que seu

limite foi ultrapassado.

O comportamento contrário, de um material chamado frágil, mesmo sendo muito

resistente, quando é passado um limite de tensão ele entra em colapso e se rompe,

sem deformações, “repentinamente”.

Tenacidade É a capacidade de um material de absorver energia quando submetido a uma carga

de impacto – energia absorvida sem se romper.

Um material dúctil com a mesma resistência que um frágil precisa de mais energia

para se romper do que o último, pois pode absorver alguma energia na deformação,

sendo portanto mais tenaz.

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Existem ainda outras propriedades, como por exemplo, resiliência, fadiga, fragilidade, etc.


Aços Estruturais

O aço é a mais versátil e a mais importante das ligas metálicas.

ESTRUTURAS DE AÇO

Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços e cerca de 75% deles foram

desenvolvidos nos últimos 20 anos.

Os aços-carbono possuem em sua composição apenas quantidades limitadas dos

elementos químicos carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo.

Outros elementos químicos existem apenas em quantidades residuais

A quantidade de carbono presente no aço define sua classificação, conforme

demonstrado a seguir:


ESTRUTURAS DE AÇO

AÇOS DE BAIXO CARBONO

Possuem um máximo de 0,3% deste elemento e apresentam grande ductilidade.

São bons para o trabalho mecânico e soldagem, não sendo temperáveis, utilizados

na construção de edifícios, pontes, navios, automóveis, dentre outros usos.

AÇOS DE MÉDIO CARBONO

Possuem de 0,3% a 0,6% de carbono e são utilizados em engrenagens, bielas e

outros componentes mecânicos. São aços que, temperados e revenidos, atingem

boa tenacidade e resistência.

AÇOS DE ALTO CARBONO

Possuem mais do que 0,6% de carbono e apresentam elevada dureza e resistência

após têmpera. São comumente utilizados em trilhos, molas, engrenagens,

componentes agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas etc.

Revenimento é um tratamento térmico utilizado no aço para corrigir inconvenientes decorrentes da

têmpera, sendo, portanto, e sempre aplicado posteriormente a ela.


Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de

média e alta resistência mecânica*.

*termo designativo de todos os aços que, devido à sua resistência, ductilidade e outras

propriedades, são adequados para a utilização em elementos da construção sujeitos a

carregamento.

Os principais requisitos para os aços destinados à aplicação estrutural são:

elevada tensão de escoamento,

elevada tenacidade,

boa soldabilidade,

homogeneidade microestrutural,

susceptibilidade de corte por chama sem endurecimento e

boa trabalhabilidade em operações tais como corte, furação e dobramento, sem

que se originem fissuras ou outros defeitos.

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Os aços estruturais podem ser classificados em três grupos principais, conforme a

tensão de escoamento mínima especificada:

Tipo Limite de escoamento mínimo (MPa)

Aço carbono de média resistência 195 a 259

Aço de alta resistência e baixa liga 290 a 345

Aços ligados tratados termicamente 630 a 700

Dentre os aços estruturais existentes atualmente, o mais utilizado e conhecido é o

ASTM A36, que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica.

Entretanto, a tendência moderna no sentido de se utilizar estruturas cada vez maiores

tem levado os engenheiros, projetistas e construtores a utilizar aços de maior

resistência, os chamados aços de alta resistência e baixa liga, de modo a evitar

estruturas cada vez mais pesadas.

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Os aços de alta resistência e baixa liga são utilizados toda vez que se deseja:

Aumentar a resistência mecânica permitindo um acréscimo da carga unitária

da estrutura ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, ou

seja, o emprego de seções mais leves;

Melhorar a resistência à corrosão atmosférica;

Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga;

Elevar a relação do limite de escoamento para o limite de resistência à

tração, sem perda apreciável da ductilidade.

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Aços comerciais

Após entender as principais propriedades do aço, é necessário estar atualizado

quanto a forma que esse material se apresenta comercialmente.

Os aços estruturais (perfis, chapas e tubos) são classificados quanto a

composição química e resistência, conforme tabela a seguir:

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Parafusos

Na Tabela abaixo são fornecidos os valores mínimos da resistência ao escoamento

e da resistência à ruptura de parafusos, de acordo com suas respectivas normas ou

especificações, bem como os diâmetros nos quais os mesmos podem ser

encontrados.

Os parafusos fabricados com aço temperado não podem ser soldados nem

aquecidos.

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Metais e soldas

A resistência mínima à tração dos metais de soldas, conforme as normas ou

especificações das soldas citadas nessa tabela, é fornecida a seguir:

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Chapas

São produtos planos laminados com largura superior a 500 mm, sendo

classificadas como chapas finas ou chapas grossa e são usadas nas construções

de estruturas metálicas, principalmente para a formação de perfis soldados para

trabalhar como vigas, colunas e estacas, mas também podem ser utilizadas,

dependendo da disponibilidade de equipamento adequado para dobramento, em

perfis formados a frio.

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Chapas finas a quente

Obtenção de perfis de chapas dobradas, para construção de estruturas metálicas leves

e, principalmente, como terças e vigas de tapamento.

Chapas finas a frio

São utilizadas na fabricação de elementos complementares na construção, tais como:

telhas, calhas, rufos, esquadrias, dobradiças, portas, batentes, etc.

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Chapas xadrez

São chapas laminadas a quente com relevos na superfície, para utilização em pisos,

passadiços, plataformas, etc.

Chapas zincadas

O processo de galvanização a quente contínuo tornou econômica a chapa zincada.

Este processo associa as propriedades resistentes do aço à resistência à corrosão

do revestimento de zinco.

São produtos com espessuras padrão de 0,25 mm a 1,95 mm

fornecidas nas larguras padrão de 1000 mm e nos

comprimentos padrão de 2000 mm e 3000 mm, e

também sob a forma de bobinas.

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PERFIS LAMINADOS

Os perfis laminados são obtidos pelo lingotamento contínuo entrando diretamente

para a linha de laminação de perfis (deformação mecânica a quente), obtendo-se

seções transversais nos formatos I, H, U, L e T.

Podem ser de abas inclinadas (padrão americano - faces internas das abas não

paralelas as faces externas) ou de abas paralelas (padrão europeu).

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PERFIS LAMINADOS

Nomenclaturas da peça


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Os perfis laminados de abas paralelas são uma excelente opção para quem usa o

aço como elemento construtivo, com características e vantagens, dentre os quais se

destacam:

As abas paralelas permitem melhores soluções de ligações, encaixes e

acabamentos estruturais;

São mais leves que perfis tradicionais;

Permitem ganhos de escala aos fabricantes de estruturas;

Precisão na concordância entre a alma e as abas;

Uniformidade da composição química e das propriedades mecânicas;

Características e série definida de bitolas proporcionam flexibilidade no

cálculo e no dimensionamento das estruturas;

Menor massa linear (kg/m);

Vigas inteiriças, sem tensões localizadas;


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IDENTIFICAÇÃO DAS PEÇAS


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PERFIS SOLDADOS:

Os perfis soldados são produzidos pelos fabricantes de estruturas metálicas a partir

do corte, dobra e soldagem das chapas fabricadas pelas usinas siderúrgicas.


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BARRAS CHATAS, REDONDAS E QUADRADAS


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FIOS, CORDOALHAS E CABOS

Fios ou arames

São obtidos a partir de barras laminadas por trefilações sucessivas. Fabricam-se fios de

aço doce e também de aço duro (aço de alto carbono).

Os fios de aço duro são empregados em molas, cabos de protensão de estruturas,

pontes pênseis, etc.

Cordoalhas (strands)

São formadas por três ou sete fios arrumados em forma de hélice. O módulo de

elasticidade da cordoalha é quase tão elevado quanto o de uma barra maciça de aço.

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Cabos de aço (wire rope)

São formados por fios trefilados finos, agrupados em arranjos helicoidais variáveis.

Enrolando-se seis cordoalhas de sete fios em torno de um núcleo de fibra (cânhamo),

obtém-se um cabo chamado 6 x 7. Usando-se seis cordoalhas de dezenove fios,

obtém-se um cabo de 6 x 19 com núcleo de cânhamo. Os cabos podem se

construídos também com núcleo de aço, possuindo então maior resistência e menor

flexibilidade.

Os cabos de aço são muito flexíveis, o que permite seu emprego em moitões para

multiplicação de forças. Entretanto, o módulo de elasticidade é baixo, cerca de 50%

do módulo de uma barra maciça.

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Profª Engª Civil Alexandra Müller Barbosa

Dúvidas:

[email protected]

Para baixar os arquivos:

www.amb-engenharia.blogspot.com

As imagens deste trabalho foram todas baixadas da internet ou digitalizadas dos livros de referência, não há nenhuma pretensão em reivindicar sua autoria.

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