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2Características do Aço na Construção Civil

MÓDULO

Sistemas estruturais em Aço

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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.

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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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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

Módulo 2

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Vê-sepelosvaloresacimaqueoaçoalémdeseromaisresistenteapresentaumacaracterísticamuitointeressanteparaasestruturas:resistênciasiguaisatraçãoecompressão.

Comoconseqüênciadesuamaiorresistênciaoaçopermitepeçasestruturaiscommenoresdimensões.

Afiguraaseguirmostraacomparaçãoentreasdimensõesfinaisentreumaestruturaconvencionaldevigaemconcretoarmadoeumaestruturacomvigadeaço.

Aço X concreto – Vigas

Afiguraseguintemostraomesmocomparativoentepilaresdeconcretoepilaresdeaço.

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Aço X concreto – Pilar

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Módulo 2

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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(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.