Livro Vibrações Mecânicas - Rao Singiresu - 4ª Ed.pdf
Estrutura metalica i
1. PUC-CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
Prof. AUGUSTO CANTUSIO NETO 0.1
ESTRUTURAS
METÁLICAS I
NOTAS DE AULA
2008
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMPINAS
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Prof. AUGUSTO CANTUSIO NETO 0.2
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01. Introdução
1.1. – Breve Histórico:
1
Desde a mais remota antigüidade, tem-se notícia do homem a utilizar-se de
artefatos de ferro. Iniciando-se pela descoberta do cobre, que se mostrava
demasiadamente ductil – capaz de deformar-se sob a ação de cargas -, o
homem aprimorando as suas próprias realizações, através do empreendimento
de sua capacidade de pensar e de realizar, estabeleceu os princípios da
metalurgia, que na definição de alguns autores, é uma síntese; pressupõe o uso
coerente de um conjunto de processos, e não a prática de um instrumento único.
E esses processos foram-se somando ao longo das necessidades humanas,
pois para a síntese da metalurgia ou da forja, juntam-se as percussões (martelo),
o fogo (fornalha), a água (têmpera), o ar (fole) e os princípios da alavanca.
Imagina-se que, provavelmente, o cobre foi descoberto por acaso, quando
alguma fogueira de acampamento tenha sido feita sobre pedras que continham
minério cúprico. É presumível que algum observador mais arguto tenha notado
algo “derretido” pelo calor do fogo, reproduzindo, mais tarde, o processo
propositadamente. Mas, como já se observou, o cobre é por demais mole para
que com ele se fabriquem instrumentos úteis, em especial nos primórdios das
descobertas humanas, bastante caracterizadas pelas necessidades de coisas
brutas.
As técnicas de modelagem e de fusão vão se sofisticando quando surge a
primeira liga, o cobre arsênico, composto tão venenoso que logo teria que ser
substituído. O passo seguinte foi a descoberta de que a adição ao cobre de
apenas pequena proporção de estanho, formava uma liga muito mais dura e
muito mais útil do que o cobre puro. Era a descoberta do bronze, que possibilitou
ao homem modelar uma multidão de novos e melhores utensílios: vasos, serras,
escudos, machados, trombetas, sinos e outros. Mais ou menos pelo mesmo
período, o homem teria aprendido a fundir o ouro, a prata e o chumbo.
Como estabelecem alguns historiadores, uma brilhante descoberta conduz a
outra e, dessa maneira, logo depois da descoberta do cobre e do bronze,
também o ferro passou a ser utilizado. Esse novo metal já era conhecido há dois
mil anos antes da era cristã, mas por longo tempo permaneceu raro e
dispendioso, e seu uso somente foi amplamente estabelecido na Europa, por
volta do ano 500 a.C.
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Todo o ferro primitivo seria hoje em dia classificado como ferro forjado. O
método para obtê-lo consistia em abrir um buraco em uma encosta, forrá-lo com
pedras, enchê-lo com minério de ferro e madeira ou carvão vegetal e atear fogo
ao combustível. Uma vez queimado todo o combustível, era encontrada uma
massa porosa, pedregosa e brilhante entre as cinzas. Essa massa era colhida e
batida a martelo, o que tornava o ferro compacto e expulsava as impurezas em
uma chuva de fagulhas,. O tarugo acabado, chamado ‘lupa’, tinha
aproximadamente o tamanho de uma batata doce, das grandes.
Com o tempo, o homem aprendeu como tornar o fogo mais quente soprando-o
com um fole e a construir fornos permanente de tijolos, em vez de meramente
escavar um buraco no chão. Dessa maneira, o aço daí resultante, era feito pela
fusão do minério de ferro com um grande excesso de carvão vegetal ou juntando
ferro maleável com carvão vegetal e cozinhando o conjunto durante vários dias,
até que o ferro absorvesse carvão suficiente para se transformar em aço. Como
esse processo era dispendioso e incerto e os fundidores nada sabiam da
química do metal com que trabalhavam, o aço permaneceu por muitos anos um
metal escasso e dispendioso, e somente tinha emprego em coisas de
importância vital, como as lâminas das espadas.
Do ponto de vista histórico, narram alguns especialistas, que, por volta do século
IV d.C., os fundidores hindus foram capazes de fundir alguns pilares de ferro que
se tornaram famosos. Um deles, ainda existente em Dheli, tem uma altura de
mais de sete metros, com outro meio metro abaixo do solo e um diâmetro que
varia de quarenta centímetros na base a pouco mais de trinta centímetros no
topo. Pesa mais de seis toneladas, é feito de ferro forjado e sua fundição teria
sido impossível, naquele tamanho, na Europa, até época relativamente recente.
Mas, a coisa mais notável nesse e em outros pilares de sua espécie, é a
ausência de deterioração ou de qualquer sinal de ferrugem.
Após a queda do império romano, desenvolveu-se na Espanha a Forja Catalã,
que veio a dominar todo o processo de obtenção de ferro e aço durante a Idade
Média, espalhando-se notadamente pela Alemanha, Inglaterra e França. Nesse
período, o ferro era obtido como uma massa pastosa que podia ser moldada
pelo uso do martelo e não como um líquido que corresse para um molde, como
ocorre atualmente. O fim da Idade Média que prepara a Europa moderna pela
extensão do maquinismo, é também testemunha das primeiras intervenções do
capitalismo no esforço para a produção industrial.
Essa evolução é acompanhada por grandes progressos técnicos, especialmente
no que se refere aos transportes marítimos e, um impulso semelhante se
observa no progresso da metalurgia. A força hidráulica foi aplicada aos foles das
forjas, assim obtendo uma temperatura mais elevada e regular, e com a
carburação mais ativa deu-se a fundição, correndo na base do forno o ferro
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fundido susceptível de fornecer peças moldadas. O forno, que a partir de então
se pôde ampliar, transformou-se em forno de fole e, em seguida, em alto-forno.
O alto-forno a carvão vegetal, segundo os historiadores, apareceu por volta de
1630; o primeiro laminador remonta aproximadamente ao ano de 1700.
Entretanto, o grande impulso ao desenvolvimento da siderurgia ocorreu com o
advento da tração a vapor e o surgimento das ferrovias, a primeira das quais
inaugurada em 1827. Até o fim do século XVIII, a maior parte das máquinas
industriais eram feitas de madeira. O rápido desenvolvimento dos métodos de
refinação e de trabalho do ferro abriu caminho a novas utilizações do metal e à
construção de máquinas industriais e, por conseqüência, à produção, em
quantidade, de objetos metálicos de uso geral.
Entre as descobertas científicas, que gradativamente iam melhorando o
processo de produção industrial, merece destaque a utilização do carvão de
pedra para a redução do minério de ferro, que resultou na localização dos
complexos siderúrgicos e que veio determinar, por privilégios geológicos, o
pioneirismo de uma nação na siderurgia. A Grã-Bretanha foi, realmente, a maior
beneficiária dessa conquista científica, em razão de possuir, em territórios
economicamente próximos, jazidas de minério de ferro e de carvão de pedra.
Junta-se a isto toda uma estrutura comercial voltada para o exterior e já se pode
vislumbrar o perfil de um país que, praticamente sozinho, foi capaz de deter o
privilégio de domínio do mercado internacional de ferro, a ponto de ter sido
considerada a oficina mecânica do mundo. Apesar de não ser o único país a
produzir ferro, foi o primeiro a produzi-lo em escala comercial.
A expansão da Revolução Industrial modificou totalmente a metalurgia e o
mundo. O uso de máquinas a vapor para injeção de ar no alto-forno, laminares,
tornos mecânicos e o aumento da produção, transformaram o ferro e o aço no
mais importante material de construção. Em 1779, construiu-se a primeira ponte
de ferro, em Coalbrookdale, na Inglaterra; em 1787, o primeiro barco de chapas
de ferro e outras inovações.
As ferrovias, como já mencionado anteriormente, certamente foram o maior
contributo à expansão das atividades da metalurgia e, no ano de 1830, entra em
operação a ferrovia Liverpool-Manchester. No auge da atividade da construção
ferroviária, por volta de 1847, estava em andamento a execução de cerca de dez
mil quilômetros de ferrovias. Quando a rede ferroviária britânica tinha sido
completada, a indústria siderúrgica ampliada foi capaz de suprir matéria-prima
para a construção de ferrovias em outros países, onde se destacam os Estados
Unidos que, na década de 1870, construiu cinqüenta e uma mil milhas de
estradas de ferro, o que representava, na época, tanto quanto se havia
construído no restante do mundo.
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Na década de 1880-1890 a produção dos altos-fornos nos Estados Unidos
tornou-se a maior do mundo e, antes de 1900, a produção de aço norte-
americana ultrapassou a todas as demais no mundo. Para que se tenha uma
idéia do nível de crescimento da produção de aço, pode se perceber nela, um
aumento vertiginoso, tanto que por volta de 1876, essa produção era de um
milhão de toneladas/ano, passando em 1926, cinqüenta anos depois, para a
ordem de cem milhões de toneladas ano, atingindo, atualmente, algo em torno
de setecentos milhões de toneladas de aços das mais diversas qualidades e
propriedades mecânicas, sob a forma de perfis, chapas, barras, tubos, trilhos,
etc.
Algumas obras notáveis em estruturas metálicas e que merecem ser citadas,
demonstram, de maneira insofismável, essa grande conquista do homem
moderno. Partindo-se da já mencionada ponte inglesa de Coalbrookdale em
1779, em ferro fundido com vão de 31 metros, passamos, logo depois ainda na
Inglaterra, à Britannia Brigde, com dois vãos centrais de 140 metros cada;
também pela Brooklyn Bridge em Nova Iorque, nos Estados Unidos, a primeira
das grandes pontes pênseis, com 486 metros de vão livre e construída em 1883;
a Torre Eiffel, em Paris, datada de 1889, com 312 metros de altura; o Empire
State Building, também em Nova Iorque, com seus 380 metros de altura e
datado de 1933; a Golden Gate Bridge, na cidade de São Francisco, com 1280
metros de vão livre, construída em 1937 até o World Trade Center, em Nova
Iorque, com seus 410 metros de altura e seus 110 andares, construído em 1972,
e isso para citarmos algumas.
No Brasil, a atividade metalúrgica, no início da colonização era exercida pelos
artífices ferreiros, caldeireiros, funileiros, sempre presentes nos grupos de
portugueses que desembarcavam nas recém-fundadas capitanias. A matéria-
prima sempre foi importada e cara. As primeiras obras em estruturas metálicas
no Brasil, têm sua origem, assim como nos demais países do mundo, a partir
das estradas de ferro.
Narra-se que em outubro de 1888, chegou a Bananal, no Estado do Rio de
Janeiro, a estação ferroviária que ali seria montada. A mais sensacional estação
ferroviária é a Estação da Luz, no centro da cidade de São Paulo, pois com
algumas modificações, feitas após um incêndio, a estação é, fundamentalmente,
a mesma que se terminou de construir em 1901 e que, imponentemente,
marcava e marca até hoje, a paisagem da capital paulista. De data anterior,
provavelmente de 1875, encontra-se o Mercado de São José, no Recife; mas,
também, o Mercado do Peixe, em Belém, por muito tempo conhecido como o
Mercado de Ferro, que foi inaugurado em 1901.
2
Acredita-se que a primeira obra a utilizar-se de ferro pudlado – processo de
refinação do ferro datado de 1781, na Inglaterra, patenteado por Henry Cort,
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descrita como a mais pesada forma de trabalho jamais empreendida pelo
homem – fabricado no Brasil, deu-se por volta de 1857, que foi a Ponte de
Paraíba do Sul, no Estado do Rio de Janeiro, com cinco vãos de trinta metros,
estando em uso até a atualidade.
3
Mas, como marco de construção, não se poderia deixar de citar, em São Paulo,
o Viaduto Santa Efigênia, que de acordo com o Eng.º Paulo Alcides Andrade,
constituiu-se num marco de São Paulo. A história desse viaduto, segundo o
engenheiro, se inicia por volta do ano de 1890, quando se obteve a licença do
Conselho de Intendentes para a sua construção. A obra, porém, não foi iniciada
e o contrato para sua construção foi cancelado. Para se resumir a história de
uma obra repleta de vai-e-vém, de ordem burocrática, ela somente teve início no
ano de 1911 e terminou em 1913. A estrutura, totalmente fabricada na Bélgica,
foi apenas montada no local, pela união por rebitagem das peças numeradas –
processo de ligações estruturais adota na época – e com as furações prontas,
sendo inaugurada em 26 de setembro de 1913.
As características estruturais da obra nos chamam a atenção, em especial, por
determinadas peculiaridades. A ponte é formada por um tabuleiro superior com
255 metros de extensão, apoiado sobre cinco tramos, sendo três centrais com
53,50 metros cada e mais dois vãos com 30,00 metros de vão nas extremidades.
Os três vãos centrais, por sua vez, são formados por arcos com flecha de 7,50
metros, o que equivale a uma relação flecha/vão de 7 a 8, valores esses, até
hoje utilizados em dimensionamento de estruturas em arco.
4
A primeira corrida de aço em uma usina siderúrgica integrada de grande porte,
no Brasil, deu-se em 22 de junho de 1946, na Usina Presidente Vargas, da CSN
– Companhia Siderúrgica Nacional, em Volta Redonda, no Estado do Rio de
Janeiro.
O país importava praticamente todo o aço de que necessitava, tanto que as
instalações industriais da própria CSN foram construídas por empresas
estrangeiras. Por aquele período, à exceção dos produtos planos (chapas) que
tinham a demanda garantida, os demais produtos, tais como trilhos e perfis
laminados, encontravam dificuldades na sua comercialização, quando foi
proposta pela USX – United States Steeel, empresa norte-americana fabricante
de aço e fornecedora de estruturas metálicas, após pesquisa de mercado, que a
CSN instalasse uma fábrica de estruturas com o objetivo de consumir a
produção de laminados e de incentivar o seu uso4
.
Nascia, dessa maneira, a partir de 1953, a FEM – Fábrica de Estruturas
Metálicas, criando uma tecnologia brasileira da construção metálica. 4
Roosevelt
de Carvalho, na ocasião funcionário da CSN, foi uma pessoa de fundamental
importância neste processo. Após breve estágio nos E.U.A.. voltou para
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organizar na fábrica recém-criada, um curso para detalhamento de estruturas
metálicas. O trabalho desenvolvido possibilitou a formação de uma equipe de
primeira linha e transformou-se em verdadeira escola. Com Paulo Fragoso a
construção metálica conheceu um de seus momentos mais estimulantes. Com a
implantação da CSN, ele começou a se preparar para colaborar no
desenvolvimento da nova tecnologia que, acreditava, haveria de ganhar grande
impulso no país. O vanguardarismo do escritório Paulo Fragoso não se limitou
apenas ao arrojo, que propiciou a construção das primeiras grandes edificações
de aço no Brasil.
Introduziu e aperfeiçoou nos seus projetos os conceitos de vigas mistas, trazido
da Alemanha, um dos fatores mais importantes para a viabilização econômica da
solução metálica para edifícios altos. Estava deflagrado o processo que daria
início às edificações de aço no Brasil.
Dignos de nota, muito embora sejam muitas as edificações, mencionaremos
apenas algumas dessas obras:
Nome Edifício
Garagem
América
Edifício
Palácio do
Comércio
Edifício
Avenida
Central
Edifício Santa
Cruz
Área
Construída
15.214 m2
17 Pavimentos
21.655 m2
21 Pavimentos
75.000 m2
36 Pavimentos
48.717 m2
33 Pavimentos
Projeto
Arquitetônico
Rino Levi Lucjan
Korngold
Henrique E.
Mindlin
Jaime Luna
dos Santos
Projeto
Estrutural
Paulo R.
Fragoso
Paulo R.
Fragoso
Paulo R.
Fragoso
Paulo R.
Fragoso
Fabricante F.E.M. F.E.M. F.E.M. F.E.M.
Construtora Cavalcanti &
Junqueira
Lucjan
Korngold
Capua &
Capua
Ernesto
Wöebcke
Quantitativo de
Aço
948 Ton. 1.360 Ton. 5.620 Ton. 4.011 Ton.
Local - Data S.P. - 1957 S.P. - 1959 R.J. - 1961 R.S. – 1964
1. Cronologia do Uso dos Metais – Organizada por Thomaz Mares Guia Braga
2. Edifícios Industriais em Aço – Ildony H. Belley – Editora Pini
3. Eng.º Paulo Andrade – material disponível na Internet
4. Edificações de Aço no Brasil – Luís Andrade de Mattos Dias – Zigurate Editora – 2002.
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1.2. – Vantagens e Desvantagens na utilização do Aço Estrutural:
Como todo material de utilização em construção, o aço estrutural é possuidor de
características que trazem benefícios de toda ordem o que, certamente,
proporciona vantagens em sua utilização. Muito embora não seja causador de
malefícios quando utilizado em construções, é também necessário estabelecer
algumas desvantagens com relação à sua utilização. Pois bem, vamos a elas1,2
.
1.2.1. – Vantagens:
Como principais vantagens da utilização do aço estrutural, podemos citar:
a) Alta resistência do material nos diversos estados de solicitação – tração,
compressão, flexão, etc., o que permite aos elementos estruturais
suportarem grandes esforços apesar das dimensões relativamente pequenas
dos perfis que os compõem.
b) Apesar da alta massa específica do aço, na ordem de 78,50 KN/m3
, as
estruturas metálicas são mais leves do que, por exemplo, as estruturas de
concreto armado, proporcionado, assim, fundações menos onerosas.
c) As propriedades dos materiais oferecem grande margem de segurança, em
vista do seu processo de fabricação que proporciona material único e
homogêneo, com limites de escoamento, ruptura e módulo de elasticidade
bem definidos.
d) As dimensões dos elementos estruturais oferecem grande margem de
segurança, pois por terem sido fabricados em oficinas, são seriados e sua
montagem é mecanizada, permitindo prazos mais curtos de execução de
obras.
e) Apresenta possibilidade de desmontagem da estrutura e seu posterior
reaproveitamento em outro local.
f) Apresenta possibilidade de substituição de perfis componentes da estrutura
com facilidade, o que permite a realização de eventuais reforços de ordem
estrutural, caso se necessite estruturas com maior capacidade de suporte de
cargas.
g) Apresenta possibilidade de maior reaproveitamento de material em estoque,
ou mesmo, sobras de obra, permitindo emendas devidamente
dimensionadas, que diminuem as perdas de materiais, em geral corrente em
obras.
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1.2.2. – Desvantagens:
Como principais desvantagens da utilização do aço estrutural, podemos citar:
a) Limitação de fabricação em função do transporte até o local da montagem
final, assim como custo desse mesmo transporte, em geral bastante oneroso.
b) Necessidade de tratamento superficial das peças estruturais contra oxidação
devido ao contato com o ar, sendo que esse ponto tem sido minorado através
da utilização de perfis de alta resistência à corrosão atmosférica, cuja
capacidade está na ordem de quatro vezes superior aos perfis de aço
carbono convencionais.
c) Necessidade de mão-de-obra e equipamentos especializados para a
fabricação e montagem.
d) Limitação, em algumas ocasiões, na disponibilidade de perfis estruturais,
sendo sempre aconselhável antes do início de projetos estruturais, verificar
junto ao mercado fornecedor, os perfis que possam estar em falta nesse
mercado.
1. Estruturas Industriais em Aço – Ildony H. Belley – Editora Pini.
2. Estruturas Metálicas – Antonio Carlos F. Bragança Pinheiro – Editora Edgard Blücher Ltda.
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1.3. – Fatores que influenciam o custo de Estruturas Metálicas:
1
Tradicionalmente o aço tem sido vendido por tonelada e, conseqüentemente,
discutindo-se o custo de uma estrutura de aço impõe-se que se formulem seus
custos por tonelada de estrutura acabada. Na realidade, existe uma gama
considerável de outros fatores que se somam na constituição desses valores e
que têm influência no custo final dessa estrutura, que não somente o seu peso.
Como principais fatores que influenciam o custo de Estruturas Metálicas,
podemos citar:
a) Seleção do sistema estrutural: ao se considerar qual o sistema estrutural que
se propõe dimensionar, é necessário levar em conta os fatores de fabricação
e posterior montagem, bem como sua utilização futura, no que diz respeito,
por exemplo, à iluminação, ventilação e mesmo outros fatores que venham a
ser causadores de problemas futuros e que possam demandar arranjos
posteriores.
b) Projeto dos elementos estruturais: é sempre necessário um cuidado especial
nesse requisito, em vista a imensa repetitividade dos elementos
dimensionados. Uma vez que se dimensiona um componente estrutural, ele
se repete por um numero grande de vezes, e caso esse elemento tenha sido
dimensionado aquém de suas necessidades, os reflexos de ordem estrutural
se farão notar em toda a obra; assim como, em caso contrário, de
dimensionamento dos elementos estruturais além de suas necessidades
reais, acarreta custo adicional, sem dúvida nenhuma, desnecessário.
c) Projeto e Detalhe das conexões: da mesma maneira que nos itens anteriores,
as conexões, ou as ligações estruturais deverão levar em conta aspectos de
fabricação. Por exemplo, as ligações de fábrica poderão ser soldadas, pois
esse tipo de trabalho ao ser realizado em fábrica é feito de maneira
relativamente simples, ao passo que, quando essas ligações são realizadas
na obra, as condições locais já não são tão favoráveis a um bom processo de
montagem, em vista de que, na fábrica, trabalha-se ao nível do chão ou
mesmo em bancadas apropriadas, enquanto que no local da obra, as
condições de trabalho são, em geral, executadas sobre andaimes ou outros
elementos; o que nos leva a considerarmos para as ligações de obra a
utilização de parafusos.
d) Processo de fabricação, especificações para fabricação e montagem: estão
dentre os fatores que mais influenciam os custos da obra, pois processos de
especificações mal delineadas causam atrasos ou mesmo necessidade de
retrabalho de certas etapas de execução, assim como a montagem da
estrutura deverá ser levada em conta mesmo antes de sua contratação, para
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que se verifiquem elementos limitadores dessa etapa da construção, tais
como proximidade de vizinhos, linhas de energia, tubulações enterradas,
movimentação dos equipamentos de montagem, etc.
e) Sistemas de proteção contra corrosão e incêndio: no primeiro caso, da
corrosão, já se citou a existência, no mercado, de determinados produtos que
minoram essa dificuldade, mas que se deve levar em conta, também, se a
oferta desses produtos podem ou não onerar a obra, avaliando e
comparando o custo de pinturas especiais em relação ao material aço. De
uma maneira geral, principalmente em zonas litorâneas, de grande
agressividade, a utilização desses perfis especiais é menos oneroso do que
pinturas especiais. No caso de combate a incêndio, esse aspecto deve levar
em consideração normas específicas delineadas pelo Corpo de Bombeiros,
mas que de uma maneira geral, acrescentam, de forma significativa, ônus
sobre o custo da obra.
Pintura Intumescente: Proteção passiva em Estruturas Metálicas com tintas
intumescentes de acordo com Legislação do Corpo de Bombeiros.
No Brasil, a partir de 1995, esta tecnologia foi introduzida, tendo boa aceitação
pelo mercado. O sistema compreende de um primer, tinta intumescente a tinta
de acabamento. É necessário um prévio jateamento abrasivo e posteriormente a
aplicação da tinta de fundo epoximastic vermelho óxido na espessura de película
seca de 100 micrometros. O ideal para a execução dos serviços com a pintura
intumescente, é que as estruturas já estejam montadas, com as eventuais
alvenarias, ou lajes prontas, pois nas faces onde existem tais materiais, não será
necessária a aplicação do material, porém, locais onde existam forros ou
fechamentos em placas, os serviços de pintura deverão ser executados antes
dessas colocações. A aplicação é feita com pessoal especializado pois é
necessário rigoroso controle técnico nas demãos de material que não podem
ultrapassar os limites estabelecidos por demão, devendo se observar os corretos
espaços de tempo entre essas demãos. O acabamento é através de produto
adequado, chamado ‘top seal’, aplicado com método convencional de pintura. A
tecnologia utilizada nas tintas intumescentes, agem a partir da temperatura de
200.ºC, iniciando-se um processo de expansão volumétrica onde são liberados
gases atóxicos e, formando-se uma camada espessa de espuma semi-rígida na
superfície da estrutura metálica, protege a mesma, retardando a ação da
temperatura sobre essas. Dependendo do tipo da estrutura (leve, média ou
pesada) e da utilização (industrial, comercial, institucional) é aplicada uma
espessura adequada de material intumescente que irá proteger a estrutura,
conforme o caso requerido pela legislação, de 30 a 120 minutos.
1. Edifícios Industriais em Aço – Ildony H. Belley – Editora Pini
13. PUC-CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
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1.4. – Principais fases na construção de uma obra:
As obras de construção, de maneira geral, estabelecem determinadas premissas
para sua boa execução e que podem ser definidas assim:
a) Projeto Arquitetônico: nessa etapa são delineadas a finalidades da obra, o
seu estudo, a sua composição, assim como os materiais que serão utilizados,
características de ventilação, iluminação. Bem se vê tratar-se de etapa das
mais importantes, em vista de que todos os demais projetos complementares
– fundações, estrutura, instalações, etc – serão desenvolvidos a partir das
premissas definidas nessa etapa, necessitando, portanto, de tempo
adequado para sua boa confecção.
b) Projeto estrutural: na seqüência natural dos projetos, surge a etapa onde se
dá vestimenta ao corpo da obra, ou seja, a estrutura, quando todos os
componentes desse corpo devem ser devidamente trabalhados, de forma a
estabelecer consonância com o projeto arquitetônico. É não menos
importante do que o anterior, pois se o primeiro delineia as linhas básicas de
uma obra, a estrutura vem dar conformação àquelas linhas.
1
Vale aqui a citação do Johnstom/Lim., em seu livro “Basic Steel Design”:
“Um bom projetista estrutural pensa de fato em sua estrutura tanto ou mais do que
pensa no modelo matemático que usa para verificar os esforços internos, baseado nos
quais ele deverá determinar o material necessário, tipo, dimensão e localização dos
membros que conduzem as cargas. A ‘mentalidade da engenharia estrutural’ é aquela
capaz de visualizar a estrutura real, as cargas sobre ela, enfim ‘sentir’ como estas
cargas são transmitidas através dos vários elementos até as fundações. Os grandes
projetistas são dotados daquilo que às vezes se tem chamado ‘intuição estrutural’. Para
desenvolver a ‘intuição e sentir’, o engenheiro torna-se um observador arguto de outras
estruturas. Pode até mesmo deter-se para contemplar o comportamento de uma árvore
projetada pela natureza para suportar as tempestades violentas; sua flexibilidade é frágil
nas folhas e nos galhos diminuídos, mas crescente em resiet6encia e nunca
abandonando a continuidade, na medida em que os galhos se confundem com o tronco,
que por sua vez se espalha sob sua base no sistema de raízes, que prevê sua fundação
e conexão com o solo”.
c) Sondagens do Solo: é de fundamental importância para o bom delineamento,
em especial, do sistema estrutural a ser adotado que, como já vimos, é um
dos fatores preponderantes na análise de custos de uma obra em estrutura
metálica. A partir da boa ou má qualidade do solo, o sistema estrutural
proposto irá considerar as condições mais propícias para o apoio dessa
estrutura sobre os elementos estruturais que compõe as fundações, podendo
ou não, por exemplo, serem engastados nesses elementos.
14. PUC-CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
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d) Detalhamento, Fabricação, Transporte e Montagem: nessas etapas os
fatores que compõem a boa execução da obra devem ser bem delineados, a
começar pelo detalhamento dos elementos estruturais, peça por peça,
visando atender necessidades de cronogramas tanto de fabricação quanto de
montagem. No caso da fabricação, devem ser observadas as premissas de
projeto e detalhamento, assim como prever para as etapas de transporte e
montagem, a confecção de estruturas que não exijam, em demasia, a
contratação de equipamentos ainda mais especiais, tais como veículos
especiais ou guindastes também especiais.
1. Edifícios Industriais em Aço – Ildony H. Belley – Editora Pini
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1.5. – Produtos Siderúrgicos e Produtos Metalúrgicos:
Os produtos siderúrgicos, via de regra, podem ser classificados de forma geral
em perfis; chapas e barras. As indústrias siderúrgicas produzem cantoneiras de
abas iguais ou desiguais, perfis H, I ou Tê, perfis tipo U, barras redondas, barras
chatas, tubos circulares, quadrados ou retangulares, chapas em bobinas, finas
ou grossas; enquanto os produtos metalúrgicos são os compostos por chapas
dobradas tais como perfis tipo U enrijecido ou não, cantoneiras em geral de abas
iguais, perfil cartola, perfil Z ou trapezoidais, ou ainda, compostos por chapas
soldadas para perfis tipo Tê soldado ou I soldado.
1.5.1. – Designação dos perfis:
a) Perfis laminados ou conformados a quente:
A designação de perfis metálicos laminados segue determinada ordem
Código, altura (mm.), peso (Kg/m)
Como exemplo de códigos teremos:
L – Cantoneiras de abas iguais ou desiguais
I – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘ I ‘
H – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘H’
U – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘U’
T – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘Tê’
Como exemplo de designação de perfis teremos:
L 50 x 2,46 – Perfil L de abas iguais de 50mm e peso de 2,46 kg/ml
L 100 x 75 x 10,71 – Perfil L de abas desiguais de 100mm de altura por 75mm
de largura e peso de 10,71 kg/ml
I 200 x 27 – Perfil ‘ I ‘ com altura de 200mm e peso de 27 Kg/ml
H 200 x 27 – Perfil ‘ H ‘ com altura de 200mm e peso de 27 Kg/ml
U 200 x 27 – Perfil ‘ U ‘ com altura de 200mm com peso de 27 Kg/ml
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b) Perfis de chapa dobrada ou perfis formados a frio (PFF):
A designação de perfis metálicos de chapa dobrada segue determinada ordem
Tipo, Altura, Aba, Dobra, Espessura (todas as medidas em mm)
L – Cantoneiras de abas iguais ou desiguais
U – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘ U ‘ enrijecidos ou não
Como exemplo de designação de perfis teremos:
L 50 x 3 – Perfil L de abas iguais de 50mm e espessura de 3mm
L 50 x 30 x 3 – Perfil L de abas desiguais de 50mm por 30mm e espessura de
3mm
U 150 x 60 x 3 – Perfil U não enrijecido com altura de 150mm, aba de 60mm e
espessura de 3mm
U 150 x 60 x 20 x 3 – Perfil U enrijecido com altura de 150mm, aba de 60mm,
dobra de 20mm e espessura de 3mm
A designação de perfis soldados seguem especificações dos fabricantes sempre
na forma de perfil tipo ‘ I ‘
CS – Perfil coluna soldada (altura e abas com a mesma dimensão)
VS – Perfil viga soldada
CVS – Perfil coluna-viga soldada
Como exemplo de designação de perfis teremos:
CS 250 x 52 – Perfil CS com altura de 250mm e peso de 52 Kg/ml
VS 600 x 95 – Perfil VS com altura de 600mm e peso de 95 kg/ml
CVS 450 x 116 – Perfil CVS com altura de 450mm e peso de 116 Kg/ml
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c) Outros produtos:
Chapas finas a frio – possuem espessuras padrão de 0,30mm a 2,65mm e
fornecidas em larguras padronizadas de 1.000mm, 1.200mm e 1.500mm e nos
comprimentos de 2.000mm e 3.000mm, e também sob a forma de bobinas
Chapas finas a quente – possuem espessuras padrão de 1,20mm a 5,00mm e
fornecidas em larguras padronizadas de 1.000mm, 1.100mmn, 1.200mm,
1.500mm e 1.800mm e nos comprimentos de 2.000mm, 3.000mm e 6.000mm, e
também sob a forma de bobinas
Chapas grossas – possuem espessuras padrão de 6,3mm a 102mm e
fornecidas em diversas larguras padronizadas de 1.000mm a 3.800mm e em
comprimentos de 6.000mm e 12.000mm
Barras redondas – apresentadas em amplo numero de bitolas que são utilizadas
em chumbadores, parafusos e tirantes
Barras chatas – apresentadas nas dimensões de 38 x 4,8 a 304 x 50 (mm)
Barras quadradas – apresentadas nas dimensões de 50mm a 152mm
Tubos estruturais – apresentados em amplo numero de dimensões e fornecidos
em comprimento padrão de 6.000mm
d) Nomenclatura S.A.E.
Para os aços utilizados na indústria mecância e por vezes também em
construções civis, emprega-se comfreqüência a nomenclatura S.A.E.
SAE 1020 – aço-carbono com 0,20% de carbono
1. Estruturas Metálicas – Antonio Carlos F. Bragança Pinheiro – Editora Edgard Blücher Ltda.
2. Edifícios Industriais em Aço- Ildony H. Belley – Editora Pini Ltda.
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PADRÃO COMERCIAL DE PERFIS METÁLICOS
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1.6. – Aplicações Gerais das Estruturas Metálicas:
Dentre as inúmeras aplicações das estruturas metálicas, podemos citar:
• Telhados
• Edifícios Industriais, Residenciais e Comerciais
• Residências
• Hangares
• Pontes e Viadutos
• Pontes Rolantes e Equipamentos de Transporte (Esteiras)
• Reservatórios
• Torres
• Guindastes
• Postes
• Passarelas
• Indústria Naval
• Escadas
• Mezaninos
• Silos
• Helipontos
1. Estruturas Metálicas – Antonio Carlos F. Bragança Pinheiro – Editora Edgard Blücher Ltda.
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1.7. – Principais Normas para Projeto e Obras em Estruturas Metálicas:
Entidades normativas são associações representativas de classe ou organismos
oficiais que determinam os procedimentos a serem seguidos para a execução de
uma determinada atividade.
Para projetos e execução de obras em Estruturas Metálicas, existem normas
que prescrevem os materiais utilizados (aço, soldas, parafusos, etc),
metodologia de projetos (cargas, dimensionamento, detalhamento) e execução
da obra (fabricação, montagem, sistemas de combate a corrosão e incêndio).
As principais entidades responsáveis por esses diversos níveis de atividades
são:
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
AISC - American Institute of Steel Construction
ANSI – American National Standards Institute
ASTM – American Society for Testing and Materials
SAE – Society of Automotive Engineers
DIN – Deutsch Industrie Norm
Tendo em vista que no Brasil o órgão que atende às premissas de projeto,
cálculo e execução é a ABNT, essa entidade estabelece como prerrogativas
para as atividades na área de Estruturas Metálicas as seguintes normas:
NB 14 (NBR 8800) – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios
E que, por sua vez, estabelece como Normas Técnicas complementares:
NB 862 (NBR 8681) – Ações e Segurança nas estruturas
NB 5 (NBR 6120) – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações
NB 599 (NBR 6123) – Forças Devido ao Ventos em Edificações
NBR 14323 – Dimensionamento para Estruturas de Aço de Edifícios em
Situação de Incêndio
NBR 14432 – Exigências de Resistência ao Fogo de Elementos Construtivos de
Edificações
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CANTONEIRAS LAMINADAS DE ABAS IGUAIS
Perfil Altura Espessura Área Peso Ix = Iy Wx = Wy ix = iy i máx i min Xg = Yg
H x peso h (mm) to (mm) cm² kg/m cm4 cm³ cm cm cm cm
16 x 0,71 16 x 16 3,17 0.96 0,71 0,20 0,18 0,45 0,56 0,30 0,51
19 x 0,88 19 x 19 3,17 1,16 0,88 0,37 0,28 0,58 0,73 0,38 0,58
22 x 1,04 22 x 22 3,17 1,35 1,04 0,58 0,37 0,66 0,80 0,48 0,66
25 x 1,19 25 x 25 3,17 1,48 1,19 0,83 0,49 0,76 0,96 0,51 0,76
25 x 1,73 25 x 25 6,76 2,19 1,73 1,24 0,65 0,76 0,95 0,48 0,81
25 x 2,21 25 x 25 6,40 2,83 2,21 1,66 0,98 0,73 0,91 0,48 0,86
32 x 1,50 32 x 32 3,17 1,93 1,50 1,66 0,81 0,96 1,21 0,63 0,91
32 x 2,20 32 x 32 4,76 2,77 2,20 2,49 1,14 0,96 1,20 0,61 0,96
32 x 2,86 32 x 32 6,4 3,61 2,86 3,32 1,47 0,93 1,16 0,61 1,01
38 x 1,83 38 x 38 3,17 2,32 1,83 3,32 1,14 1,19 1,50 0,76 1,06
38 x 2,68 38 x 38 4,76 3,42 2,68 4,57 1,63 1,16 1,47 0,73 1,11
38 x 3,48 38 x 38 6,40 4.45 3,48 5,82 2,13 1,14 1,44 0,73 1,19
38 x 4,26 38 x 38 8,00 5,42 4,26 6,65 4,53 1,11 1,39 0,73 1,24
44 x 2,14 44 x 44 3,17 2,70 2,14 5,41 1,63 1,39 1,76 0,88 1,21
44 x 3,15 44 x 44 4,76 3,99 3,15 7,49 2,29 1,37 1,73 0,88 1,29
44 x 4,12 44 x 44 6,4 5,22 4,12 9,57 3,11 1,34 1,69 0,86 1,34
44 x 5,05 44 x 44 8,0 6,45 5,05 11,23 3,77 1,32 1,66 0,86 1,39
44 x 5,94 44 x 44 10,0 7,61 5,94 12,90 4,26 1,29 1,61 0,86 1,45
51 x 2,46 51 x 51 3,17 3,09 2,46 7,90 2,13 1,60 2,03 1,01 1,39
51 x 3,63 51 x 51 4,76 4,58 3,63 11,23 3,11 1,57 1,99 0,99 1,44
51 x 4,76 51 x 51 6,4 6,06 4,76 14,56 4,09 1,54 1,94 0,99 1,49
51 x 5,83 51 x 51 8,0 7,41 5,83 17,48 4,91 1,52 1,91 0,99 1,54
51 x 6,99 51 x 51 10,0 8,77 6,99 19,97 5,73 1,49 1,86 0,99 1,62
22. PUC- CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
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CANTONEIRAS LAMINADAS DE ABAS IGUAIS
Perfil h to Peso Área Ix = Iy Wx = Wy ix = iy is min i máx Xg = Yg
H x peso mm mm kg/m cm² cm4 cm³ cm cm cm cm
64 x 6,10 64 6,4 6,10 7,68 29,1 6,4 1,95 1,24 2,45 1,83
64 x 7,4 64 8,0 7,40 9,48 35,4 7,8 1,93 1,24 2,43 1,88
64 x 8,8 64 10,0 8,80 11,16 40,8 9,1 1,91 1,22 2,41 1,93
76 x 7,3 76 6,4 7,30 9,30 50,0 9,50 2,36 1,50 2,94 2,13
76 x 9,1 76 8,0 9,10 11,48 62,4 11,6 2,33 1,50 2,94 2,21
76 x 10,7 76 10,0 10,70 13,61 74,9 14,0 2,35 1,47 2,92 2,26
76 x 14,0 76 12,5 14,00 17,74 91,6 17,5 2,27 1,47 2,86 2,36
102 x 12,2 102 8,0 12,20 15,50 154,0 21,00 3,15 2,00 3,96 2,84
102 x 14,6 102 10,0 14,60 18,45 183,1 25,1 3,15 2,00 3,96 2,90
102 x 19,1 102 12,5 19,10 24,19 233,1 32,4 3,10 1,98 3,91 3,00
102 x 23,4 102 16,0 23,40 29,74 278,9 39,4 3,06 1,96 3,86 3,12
127 x 18,3 127 10,0 18,30 23,3 362,0 39,0 3,94 2,51 4,92 3,53
127 x 24,1 127 12,5 24,10 30,65 470,3 51,9 3,92 2,49 4,95 3,63
127 x 29,8 127 16,0 29,80 37,81 566,1 63,3 3,87 2,46 4,89 3,76
127 x 35,1 127 20,0 35,10 44,77 653,5 73,9 3,82 2,46 4,82 3,86
152 x 22,2 152 10,0 22,20 28,13 641,0 58,1 4,77 3,02 6,05 4,17
152 x 29,2 152 12,5 29,20 37,10 828,3 75,8 4,73 3,00 5,97 4,27
152 x 36,0 152 16,0 36,00 45,87 1007,3 93,2 4,69 2,97 5,94 4,39
152 x 42,7 152 20,0 42,70 54,45 1173,8 109,9 4,64 2,97 5,84 4,52
152 x 49,3 152 22,0 49,30 62,77 1327,8 125,5 4,60 2,97 5,80 4,62
203 x 39,3 203 12,5 39,30 50,0 2022,0 138,0 6,38 4,01 - 5,56
203 x 48,7 203 16,0 48,70 62,0 2471,0 169,0 6,32 4,01 - 5,66
203 x 57,9 203 19,0 57,90 73,80 2899,0 200,0 6,27 3,99 - 5,79
203 x 67,0 203 22,0 67,0 85,30 3311,0 230,0 6,22 3,96 - 5,89
41. PUC-CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
Prof. AUGUSTO CANTUSIO NETO 2-1
02 - Aços Estruturais
2.1. – Processo de fabricação:
Vimos anteriormente que os processos de obtenção do aço passaram ao longo
dos tempos por algumas diversificações, desde os primeiros fornos “cavados”
nas encostas, pelos primeiros fornos de alvenaria até alcançarem mediante
profundas conquistas tecnológicas os denominados altos-fornos. Na atualidade,
1
os metais ferrosos são obtidos por redução dos minérios de ferro nos altos-
fornos. O método de fabricação consiste em se carregar, pela parte superior dos
altos-fornos, o minério, o calcário e o carvão coque, materiais necessários no
processo de fabricação.
Pela parte inferior desses mesmos altos-fornos, insufla-se ar quente; o carvão
coque queima produzindo calor e monóxido de carbono, que reduzem o óxido de
ferro a ferro liquefeito, com excesso de carbono. O calcário converte o pó de
coque e a ganga – minerais ferrosos do minério – em escória fundida.
Na seqüência, pela parte inferior do forno, são drenados periodicamente a liga
ferro-carbono e a escória. O forno funciona continuamente e o produto do alto-
forno chama-se ferro gusa, uma liga de ferro ainda com alto teor de carbono e
com diversas impurezas, cuja maior parte é transformada em aço. O refinamento
do ferro fundido em aço consiste em reduzir-se a quantidade de impurezas a
limites prefixados, quando, por exemplo, o excesso de carbono é eliminado com
a aplicação de gás carbônico; os óxidos e outras impurezas se transformam em
gases ou em escória que sobrenada o aço liquefeito.
Até há alguns anos atrás, basicamente existiam três processos de fabricação do
aço: Conversor Besemer, Forno Siemens-Martin e Forno Elétrico. No primeiro
caso, o processo era mais rápido, quando se coloca no Conversor – um
recipiente forrado com tijolos com perfurações no fundo – o gusa derretido e
injeta-se ar pelas perfurações ao fundo; o ar injetado queima o carbono e
algumas impurezas, produzindo calor necessário para a operação que dura de
dez a quinze minutos. O metal assim purificado pela injeção de ar é lançado em
uma panela e em seguida transferido para os moldes de lingotes, as
denominadas lingoteiras e, em seguida, enviado para a laminação.
No segundo caso, do Forno Siemens-Martin, o processo é mais demorado,
demandando cerca de dez horas. No forno se coloca gusa e sucata de ferro, que
são fundidos por chamas provocadas por injeções laterais de ar quente e óleo
combustível. Adiciona-se minério de ferro e calcário, processando-se uma série
de reações entre o óxido de ferro e as impurezas do metal e estas são
queimadas ou se transformam em escória. O aço líquido é analisado, podendo
42. PUC-CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
Prof. AUGUSTO CANTUSIO NETO 2-2
modificar-se a mistura até se obter a composição desejadas e quando as
reações estão encerradas, o produto é lançado em uma panela, onde a escória
transborda, quando o aço fundido é lançado em lingoteiras e encaminhado para
a laminação.
ESQUEMÁTICO DOS ALTOS-FORNOS
No caso do Forno Elétrico, ainda hoje utilizado, a energia térmica é fornecida por
arcos voltaicos entre eletrodos e o aço fundido e esse processo é utilizado para
refinar aços provenientes do Conversor Bessemer ou do Forno Siemens-Martin.
O aço líquido superaquecido absorve gases da atmosfera e oxigênio da escória.
O gás é expelido lentamente pelo resfriamento da massa líquida, porém, ao se
aproximar a temperatura de solidificação, o aço ferve e os gases escapam
rapidamente, que tem como conseqüência a formação de diversos vazios no
aço, que deve ser solucionada através da adição de ferro-manganês na panela.
Na atualidade, nas fabricações mais modernas, é utilizado em larga escala o
Conversor de Oxigênio, denominado Conversor BOF (Sopro de Oxigênio), que
como o próprio nome indica, baseia-se na injeção de oxigênio dentro da massa
liquida do ferro fundido (gusa). O ar injetado queima o carbono, em um processo
de 15 a 20 minutos, ou seja, de ata eficiência.
COQUE-MINÉRIODEFERRO-CALCÁRIO
ALIMENTADOR
SAÍDA DE ESCÓRIASAÍDA DE FERRO GUSA
INJEÇÃO DE AR
TRANSPORTADOR
INJEÇÃO DE AR
500°C
1250°C
1650°C
43. PUC-CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
Prof. AUGUSTO CANTUSIO NETO 2-3
O aço líquido, como percebemos, absorve e perde gases no processo de
fabricação. Devido a essa desgasificação, os aços são classificados em:
efervescentes, capeados, semi-acalmados e acalmados. Os aços efervescentes,
assim chamados por provocarem certa efervescência nas lingoteiras, são
utilizados em chapas finas; os aços capeados, por sua vez, são análogos aos
efervescentes.
Os aços semi-acalmados, parcialmente desoxidados, são os mais utilizados nos
produtos siderúrgicos correntes – perfis, barras, chapas grossas; enquanto que
os aços acalmados, que têm todos os gases eliminados, apresentam melhor
uniformidade de estrutura e destinados aos aços-ligas, aos aços de alto-
carbono, ou mesmo de baixo-carbono destinados à estampagem.
A laminação, como processo seguinte, promove o aquecimento dos lingotes
obtidos nos processos descritos acima, e são sucessivamente prensados em
rolos – laminadores – até adquirirem as formas desejadas: barras, perfis, trilhos,
chapas, etc.
Importante, também, é conhecermos os tratamentos térmicos, cuja finalidade é a
de melhorar as propriedades dos aços e que se dividem em dois tipos principais:
• Tratamentos destinados a reduzir tensões internas provocadas por
laminação, solda, etc.
• Tratamentos destinados a modificar a estrutura cristalina com alterações da
resistência e outras propriedades
As principais metodologias adotadas são:
♦ Normalização – o aço é aquecido a uma temperatura da ordem de 800º
C e
mantido nessa temperatura por quinze minutos e depois deixado resfriar
lentamente no ar e através desse processo refina-se a granulometria,
removendo-se as tensões internas de laminação, fundição ou forja
♦ Recozimento – o aço é aquecido a uma temperatura apropriada, dependendo
do efeito desejado, mantido nessa temperatura por algumas horas ou dias e
depois, deixado para resfriar lentamente, em geral no forno e, através desse
processo, se obtém a remoção das tensões internas e redução da dureza
♦ Têmpera – o aço é aquecido a uma temperatura de cerca de 900º
C e
resfriado rapidamente em óleo ou água para cerca de 200º
C, cuja finalidade
é aumentar a dureza e a resistência diminuindo a ductibilidade e a
tenacidade
44. PUC-CAMPINAS – CEATEC – FAC. DE ENGENHARIA CIVIL ESTRUTURAS METÁLICAS I
Prof. AUGUSTO CANTUSIO NETO 2-4
2.2. – Classificação:
Após processo de fabricação e segundo sua composição química, os aços
sofrem determinadas classificações a partir dessas composições, pois
percebemos que 1
o aço é um composto que consiste quase totalmente de ferro
(98%), com pequenas quantidades de carbono, silício, enxofre, fósforo,
manganês, etc., sendo que o carbono é o material que exerce o maior efeito nas
propriedades do aço, resultando daí, as classificações mencionadas. Os aços
utilizados em estruturas metálicas são divididos em dois grupos: aço-carbono e
aço de baixa-liga.
2.2.1. – Aço-Carbono:
O aço-carbono é o tipo mais usual, quando o acréscimo de resistência em
relação ao ferro é produzido pelo carbono. Em estruturas correntes, os aços
utilizados possuem um teor de carbono que não deve ultrapassar determinados
valores, pois caso esses valores sejam superiores aos limites estabelecidos,
haverá um decréscimo na soldabilidade – capacidade de se utilizar processo de
soldas – criando algumas dificuldades de fabricação e montagem das estruturas,
mesmo embora o resultado dessa maior adição de carbono resulte em um aço
de maior resistência e de maior dureza.
Nesse tipo de aço 2
as máximas porcentagens de elementos adicionais são:
Carbono (1,7%) – Manganês (1,65%) – Silício (0,60%) e Cobre (0,60%)
A recomendação básica é que não se ultrapasse o percentual de 0,40 a 0,45%,
pois até esses valores, existe patamar definido de escoamento, que estaremos
estudando logo mais.
Dentre os perfis mais usuais de aço-carbono podemos citar:
ASTM A-36: É considerado o tipo mais comum de aço-carbono e que contém de
0,25 a 0,29% de carbono, sendo utilizado em perfis, barras e chapas para os
mais diversos tipos de construção, desde pontes, edifícios, etc.
ASTM A570: É empregado principalmente para perfis de chapas dobradas,
devido à sua maleabilidade
ASTM A307: Aço de baixo carbono utilizado em parafusos comuns
ASTM A325: Aço de médio carbono utilizado em parafusos de alta resistência.