Cedac1 2-2017

1
PROF. MAURO CRUZ – AULA 1
RESISTÊNCIA DOS
MATERIAIS
PROF. ENG. MAURO CRUZ
AULA 1 – 28/01/2017

2
USO DO FERRO
OS PRIMEIROS USOS DO FERRO ACONTECERAM, APROXIMADAMENTE,
8000 ANOS, EM CIVILIZAÇÕES TAIS COMO: EGITO, BABILÔNIA E ÍNDIA.
• ADORNO
• CONSTRUÇÕES
• MILITARES
O USO DO FERRO EM ESCALA INDUSTRIAL SÓ TEVE LUGAR EM MEADOS
DO SÉCULO DEZENOVE, NA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL
INGLATERRA, FRANÇA E ALEMANHA.

3
AÇO É UMA LIGA METÁLICA FORMADA ESSENCIALMENTE
POR FERRO E CARBONO, COM PORCENTAGENS DESTE
ÚLTIMO VARIANDO ENTRE 0,008 E 2,11%.
DISTINGUE-SE DO FERRO FUNDIDO, QUE TAMBÉM É UMA LIGA
DE FERRO E CARBONO, MAS COM TEOR DE CARBONO ENTRE
2,11% E 6,67%.
O CARBONO É UM MATERIAL MUITO USADO NAS LIGAS DE
FERRO, PORÉM VARIA COM O USO DE OUTROS ELEMENTOS
COMO: MAGNÉSIO, CROMO, VANÁDIO E TUNGSTÊNIO.

4
O PRINCIPAL MINÉRIO ENCONTRADO NO BRASIL É A
HEMATITA COM 50 A 70 % DE FERRO (8% DAS RESERVAS
MUNDIAIS) É DE BOA QUALIDADE DEVIDO AOS BAIXOS
ÍNDICES DE FÓSFORO E ENXOFRE.

9
A PRODUÇÃO DIÁRIA EM MÉDIA DE UM ALTO FORNO VARIA DE 5.000 A 10.000
TONELADAS.
A CARGA DO ALTO FORNO PARA A PRODUÇÃO DE 1 TONELADA DE FERRO GUSA:
• 1,7 TONELADAS DE MINÉRIO
• 0,25 TONELADA DE CALCÁREO
• 0,5 TONELADA DE CARVÃO
• 2 TONELADAS DE AR
PRODUÇÃO:
• 1 TONELADA DE FERRO GUSA
• 0,2 A 0,4 TON. DE ESCÓRIA
• 2,3 A 3,5 TON. DE GÁS (REAPROVEITÁVEL).

11
INJETA-SE OXIGÊNIO PURO
REMOVENDO O CARBONO
DO FERRO

12

13

14

15
A PRIMEIRA OBRA IMPORTANTE
CONSTRUÍDA EM FERRO FOI A PONTE
SOBRE O RIO SEVERN EM COALBROKDALE
(INGLATERRA) EM 1779.

16
AS APLICAÇÕES EM EDIFÍCIOS, TEVE COMO MARCO A CONSTRUÇÃO DO PALÁCIO DE
CRISTAL EM LONDRES, EM 1851, COM UM SISTEMA DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM QUE
SE ASSEMELHA MUITO AO USADO ATUALMENTE NA CONSTRUÇÃO METÁLICA.

17
O GRANDE PRECURSOR E MENTOR DA ESTRUTURA METÁLICA FOI GUSTAVO
EIFFEL (1632-1923), CUJO ARROJO TECNOLÓGICO SURPREENDEU OS TÉCNICOS
DA ÉPOCA.

18
O USO DO AÇO NO BRASIL ESTÁ RELACIONADO DIRETAMENTE COM A HISTÓRIA DO
PAÍS.
A PRIMEIRA FASE DE USO, QUANDO O BRASIL AINDA NÃO TINHA INDÚSTRIAS
SIDERÚRGICAS, IMPORTAVA GRANDES QUANTIDADES DE COMPONENTES DE
FERROVIAS, COM SUAS ESTAÇÕES E PONTES, DA INGLATERRA, EM FINS DO SÉCULO
DEZENOVE.

20
A SEGUNDA FASE SURGIU ENTRE AS DUAS GUERRAS MUNDIAIS, (1918/1940)
HAVENDO PARALISAÇÃO DAS IMPORTAÇÕES, TORNANDO-SE NECESSÁRIO O
DESENVOLVIMENTO PARQUE SIDERÚRGICO NACIONAL.
COM ESSE DESENVOLVIMENTO, SURGIU, TAMBÉM, TODO O COMPLEXO DE
INDÚSTRIAS DERIVADAS, COMO AS DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM DE ESTRUTURAS E
COMPONENTES METÁLICOS.
HOJE, A SIDERURGIA BRASILEIRA TEM UM LUGAR DE DESTAQUE INTERNACIONAL

22

23
CORROSÃO
DETERIORAÇÃO,
QUE OCORRE QUANDO UM METAL REAGE COM O MEIO
AMBIENTE

24
CONSIDERAÇÕES GERAIS
HÁ UMA TENDÊNCIA NATURAL DO FERRO CONSTITUINTE DO AÇO
RETORNAR AO SEU ESTADO PRIMITIVO DE MINÉRIO, OU SEJA, COMBINAR
COM OS ELEMENTOS PRESENTES NO MEIO AMBIENTE
(O2 , H2O) FORMANDO ÓXIDO DE FERRO.
ESSE PROCESSO COMEÇA NA SUPERFÍCIE DO METAL E ACABA LEVANDO À
SUA TOTAL DETERIORAÇÃO CASO NÃO SEJAM TOMADAS MEDIDAS
PREVENTIVAS.

25
Métodos de Controle da Corrosão
UM DADO METAL PODE SER SATISFATÓRIO EM
UM CERTO MEIO E PRATICAMENTE INEFICIENTE
EM
OUTROS MEIOS.
POR OUTRO LADO, VÁRIAS MEDIDAS
PODEM SER TOMADAS NO SENTIDO DE
MINIMIZAR A CORROSÃO

26
EVITAR FRESTAS, RECESSOS, CANTOS VIVOS E
CAVIDADES;
BOM ACABAMENTO SUPERFICIAL ÀS PEÇAS;
SUBMETER AS PEÇAS A UM RECOZIMENTO DE ALÍVIO
DE TENSÕES INTERNAS;
USAR JUNTAS (BEM) SOLDADAS NO LUGAR DE JUNTAS
PARAFUSADAS.

27
Escala Elétrica dos Metais
zinco
liga Al+Zn
alumínio
aço
chumbo
cobre
grafite
menos ativo
mais ativo
Quanto mais afastados no escala elétrica,
maior será o potencial de reação entre dois
metais.
Quando expostos a um ambiente corrosivo
como a nossa atmosfera ou a água da
chuva, dois metais diferentes que estejam
em contato direto ou que estejam
conectados por algum outro meio,
estabelecem um par elétrico, no qual o
metal mais ativo irá se sacrificar (ou
dissolver) para proteger o menos ativo.

28
GALVANIZAÇÃO
O FENÔMENO DA CORROSÃO É SEMPRE PRECEDIDO PELA REMOÇÃO DE
ELÉTRONS DO FERRO, FORMANDO OS CÁTIONS FE++.
A FACILIDADE DE OCORRER ESSA REMOÇÃO É VARIÁVEL DE METAL PARA METAL
RECEBE O NOME DE POTENCIAL DE OXIDAÇÃO DE ELETRODO.
O ZINCO TEM MAIOR POTENCIAL DO QUE O FERRO.
ASSIM, SE OS DOIS FOREM COMBINADOS, O ZINCO ATUARÁ COMO ÂNODO (
metal de sacrifício) E O FERRO COMO CÁTODO.
ESSA CARACTERÍSTICA É UTILIZADA COMO ARTIFÍCIO

29
Ação da Proteção Catódica
Óxido de
Zinco
Ar
Aço
Zinco
ÁguaArranhão
na Chapa
1 2 3 4
CO2
Hidróxido
de Zinco
Carbonato
de Zinco
5 6 7

30

31

32

33

34
Revestimentos
A PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO POR MEIO DE PINTURA DO AÇO POR
MATERIAL NÃO METÁLICO TEM POR OBJETIVO CRIAR UMA BARREIRA
IMPERMEÁVEL PROTETORA NA SUPERFÍCIE EXPOSTA DO AÇO.
DESTACAM-SE AS TINTAS,
PLÁSTICOS,
ESMALTES VÍTREOS,
PELÍCULAS PROTETORAS
REVESTIMENTOS METÁLICOS.

35
AS TINTAS CONSTITUEM O MAIS IMPORTANTE DOS REVESTIMENTOS.
COMO, EM GERAL, SÃO PERMEÁVEIS AO AR E À UMIDADE, AS TINTAS
SÃO MISTURADAS A PIGMENTOS COMO ZARCÃO, CROMATO DE
CHUMBO E CROMATO DE ZINCO, QUE CONTRIBUEM PARA UMA
INIBIÇÃO DA CORROSÃO.
DEPENDERÁ DA ATMOSFERA DO AMBIENTE AONDE A ESTRUTURA SERÁ
MONTADA

36
OS ESQUEMAS DE PINTURA GERALMENTE OBEDECEM ÀS SEGUINTES ETAPAS :
- LIMPEZA DA SUPERFÍCIE.
PODE VARIAR DESDE UMA SIMPLES LIMPEZA POR SOLVENTES
OU ESCOVAMENTO, ATÉ JATEAMENTO POR GRANALHA AO METAL BRANCO.
UMA LIMPEZA DE SUPERFÍCIE DE ALTA QUALIDADE PODE CUSTAR ATÉ 60% DO
CUSTO DO TRABALHO DE PINTURA.

37
NA AUSÊNCIA DE NORMAS BRASILEIRAS, GERALMENTE, SÃO SEGUIDAS
NORMAS OU ESPECIFICAÇÕES INTERNACIONAIS, TAIS COMO A
ESPECIFICAÇÃO NORTE-AMERICANA SSPC – “STEEL STRUCTURES
PAINTING COUNCIL” OU A NORMA SUECA SIS – (05 50 00/1967) –
“PICTORIAL SURFACE PREPARATION STANDARDS OF PAINTING STEEL
SURFACE”, QUE FORNECEM OS PROCEDIMENTOS PARA CADA GRAU DE
LIMPEZA.

39
GRAU SA 1
O jato de move rapidamente sobre a superfície de aço a fim de
remover as escamas de laminação, óxido e possíveis partículas
estranhas.
Jateamento abrasivo comercial
GRAU SA 2
Jateamento cuidadoso a fim de remover praticamente toda a
laminação, óxido e partículas estranhas. Caso a superfície apresente
cavidades (pites), apenas ligeiros resíduos poderão ser encontrados
no fundo das cavidades, porém 2/3 de área de uma polegada
quadrada deverão estar livres de resíduos visíveis.
Jateamento abrasivo ao metal quase branco

40
GRAU SA 2 ½
O jato é mantido por tempo suficiente para assegurar a remoção da
laminação, ferrugem e partículas estranhas, de tal modo que
apenas possam aparecer leves sombras, listras ou descoloração na
superfície.
Os resíduos são removidos com aspirador de pó, ar comprimido seco
e limpo ou escova limpa.
Ao final da limpeza 95% de uma polegada quadrada de área deverão
estar livres de resíduos e a superfície deverá apresentar uma
tonalidade cinza clara.
Jateamento abrasivo ao metal branco

41

42

43
- REVESTIMENTO PRIMÁRIO OU “PRIMER”: TEM COMO OBJETIVO PREPARAR A
SUPERFÍCIE E PROVÊ-LA DE ADESÃO À CAMADA SUBSEQUENTE DE PINTURA.
- É UM PRODUTO GERALMENTE FOSCO, QUE CONTÉM PIGMENTOS ANTICORROSIVOS
PARA CONFERIR A PROTEÇÃO NECESSÁRIA AO
SUBSTRATO.
O PRIMER TAMBÉM É APLICADO SOBRE UMA PEÇA PARA DAR PROTEÇÃO DURANTE O
SEU ARMAZENAMENTO

44
- CAMADA INTERMEDIÁRIA: TEM POR OBJETIVO FORNECER ESPESSURA AO
SISTEMA, AUMENTANDO O CAMINHO DOS AGENTES CORROSIVOS.
- AS TINTAS INTERMEDIÁRIAS GERALMENTE SÃO NEUTRAS, ISTO É, NÃO TEM
PIGMENTOS ANTICORROSIVOS, NEM COLORIDOS. SÃO TAMBÉM
DENOMINADAS TINTAS DE PREENCHIMENTO, SENDO MAIS BARATAS DO QUE
OS “PRIMERS” E DO QUE AS TINTAS DE ACABAMENTO.

45
CAMADA FINAL OU DE ACABAMENTO:
TEM POR OBJETIVO DAR APARÊNCIA FINAL AO SUBSTRATO, COMO COR E
TEXTURA, PODENDO TAMBÉM ATUAR COMO BARREIRA AOS AGENTES
AGRESSIVOS DO MEIO
AMBIENTE.

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57
PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO
O AÇO SOFRE REDUÇÃO DE RESISTÊNCIA COM O AUMENTO DE TEMPERATURA.
NO SÉCULO XIX, QUANDO EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS ANDARES DE AÇO COMEÇARAM A
SER CONSTRUÍDOS, O CONCRETO ERA UTILIZADO COMO MATERIAL DE
REVESTIMENTO DO AÇO, SEM FUNÇÃO ESTRUTURAL, MAS, COM GRANDES
ESPESSURAS, APESAR DO CONCRETO NÃO SER UM ISOLANTE IDEAL.
ANOS APÓS, O CONCRETO, ALÉM DE REVESTIMENTO, FOI TAMBÉM APROVEITADO
COMO ELEMENTO ESTRUTURAL, TRABALHANDO EM CONJUNTO COM O AÇO PARA
RESISTIR AOS ESFORÇOS.
SURGIRAM ENTÃO ASESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO.

58
MAIS TARDE, INICIOU-SE A CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS ANDARES DE
CONCRETO ARMADO.
DE INÍCIO, NÃO SE SUPUNHA QUE O CONCRETO ARMADO TAMBÉM PODERIA TER
PROBLEMAS COM TEMPERATURAS ELEVADAS.
EM 1948, MÖRCH ESCREVE INTERESSANTE ARTIGO ALERTANDO PARA A
NECESSIDADE DE VERIFICAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO EM
INCÊNDIO, ASSOCIANDO-A APENAS À ARMADURA NO SEU INTERIOR.
HOJE, SE RECONHECE QUE A CAPACIDADE RESISTENTE DO AÇO, DO CONCRETO, DA
MADEIRA, DA ALVENARIA ESTRUTURAL E DO ALUMÍNIO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
É REDUZIDA EM VISTA DA DEGENERAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS
MATERIAIS OU DA REDUÇÃO DA ÁREA RESISTENTE.

59

64

65
Este produto possui baixo peso
específico (aproximadamente 340
Kg/m3) sendo completamente
atóxico (livre de asbestos ou
amianto). É um prémisturado seco
de aglomerantes (cimento e
gesso), agregados leves e aditivos
poliméricos, projetado
diretamente na estrutura,
dispensando uso de pinos, telas ou
qualquer outro tipo de fixação, não
existindo nenhuma reação química
após sua aplicação ou quando
exposto à ação do fogo.
Possui boa resistência mecânica e
perfeita aderência em superfícies
metálicas.

66
Chama-se isolante térmico um
material ou estrutura que dificulta a
dissipação de calor, usado na
construção e caracterizado por sua
alta resistência térmica.
Estabelece uma barreira à passagem
do calor entre dois meios que
naturalmente tenderiam
rapidamente a igualarem suas
temperaturas.
Transferência de calor por condução

67
A manta fibrocerâmica é fabricada a
partir de sílica e alumina de alta
pureza resultando em fibras
refratárias inorgânicas adensadas,
garantindo boa resistência mecânica
e facilidade na instalação.
Sua aplicação através de presilhas e
botões sobre a estrutura, atende
tanto a proteção passiva contra fogo
de estruturas metálicas

68
A tinta intumescente, quando
exposta à ação do fogo direta ou
indiretamente, ao atingir
aproximadamente 200°C inicia-se o
processo de expansão volumétrica
formando um filme isolante com
espessura de até 40 vezes a sua
espessura original aplicada,
promovendo a inibição da ação do
fogo sobre o material protegido,
garantindo a segurança humana e
minimizando perdas.
Neste processo de expansão são
liberados gases atóxicos que atuam
em conjunto com resinas especiais
formando uma espuma semirrígida
na superfície da estrutura,
retardando a elevação da estrutura
metálica e seu possível colapso, o
qual ocorre a partir de 550°C.

69

71

73Edger = desbastador – alinha bordas – passe de controle dimensional

80
CARACTERÍSTICAS DE RESISTÊNCIA
EXEMPLO DE APLICAÇÃO
• TRAÇÃO - CABOS E TIRANTES
• COMPRESSÃO - COLUNAS, BASES DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
• FLEXÃO - VIGAS E PÓRTICOS
• TORÇÃO - MOLAS E EIXOS
• IMPACTO - BLINDADOS E ARMAMENTOS
• ALTAS TEMPERATURAS - CALDEIRAS
• INTEMPÉRIES - PONTES E VIADUTOS
• ABRASÃO E DESGASTE - TRILHOS E SERRAS
• AGRESSÕES QUÍMICAS - RESERVATÓRIOS E INDÚSTRIAS.

81
AEROPORTO DOS GUARARAPES
RECIFE PE

82
AEROPORTO DE CARRASCO – MONTEVIDEO - URUGUAI

83
TORRE EIFELL – PARIS - FRANÇA

84

85
AEROPORTO CHARLES DE GAULLE – ROISSY- FRANÇA

88
PERFIS LAMINADOS ESTRUTURAIS
SÃO PERFIS FORMADOS PELO MESMO
PROCESSO PARA OS PRODUTOS PLANOS COMO AS CHAPAS, SÃO OBTIDOS A PARTIR DE
LAMINAÇÃO À QUENTE, CONFORMADOS POR UMA SUCESSÃO DE PASSES.

89
PERFIL "W" (Wide Flange Shape), podendo ser também,
PERFIL "I", PERFIL duplo Tê ou PERFIL "H".
Ex. W 250 x 19,3.
Muitas vezes se confunde ao diferenciar o Perfil "I", do PERFIL
"W", mas o único diferencial destes perfil é sua nomenclatura.
PERFIL "I" = Devido ao seu formato parecido com a letra "I".
PERFIL "W" = Apesar de ser o mesmo perfil vem do americano
que usa a inicial "Wide", (Wide Shape Flange), que quer dizer,
"Forma Larga da Flange".
PERFIL "H" O mesmo perfil apesar do seu diferencial ser a
altura da alma ser mais reduzida "tw", e sua mesa ser mais
alongada "bf".

90
A nomenclatura dos perfis I, H e C (ou U) segue uma regra geral, onde é fornecida a
indicação da forma do perfil seguida de sua altura total (d, em mm) e de sua massa
linear (kg/m). Por exemplo:
I 101 x 12,7, perfil I, com d = 101,0 mm e massa linear 12,7 kg/m.
C (ou U) 254 x 22,7, perfil Tipo C (Channel, ou U), com d = 254,0 mm e massa linear 22,7
kg/m.

91
PERFIL SOLDADO É O PERFIL CONSTITUÍDO POR TRÊS CHAPAS DE AÇO
ESTRUTURAL, UNIDAS ENTRE SI POR SOLDAGEM A ARCO ELÉTRICO,
FORMANDO APROXIMADAMENTE EM SUA SEÇÃO TRANSVERSAL UM I.
 EMPREGADOS NA CONSTRUÇÃO DE ESTRUTURAS DE AÇO
 GRANDE VERSATILIDADE DE COMBINAÇÕES POSSÍVEIS DE
ESPESSURAS COM ALTURAS E LARGURAS
 REDUÇÃO DO PESO DA ESTRUTURA, COMPARATIVAMENTE COM OS
PERFIS LAMINADOS DISPONÍVEIS NO MERCADO ATUALMENTE.
PERFIS SOLDADOS

95
PRODUZIDOS PELOS FABRICANTES DE ESTRUTURAS METÁLICAS A PARTIR DO
CORTE E SOLDAGEM DAS CHAPAS FABRICADAS PELAS USINAS SIDERÚRGICAS
SOLDAGEM:
ELETRODO REVESTIDO, ARCO SUBMERSO OU OUTRO TIPO
MATERIAL DE SOLDA –
COMPATÍVEL COM O TIPO DE AÇO A SER SOLDADO
(CARACTERÍSTICAS SIMILARES DE RESISTÊNCIA MECÂNICA, À CORROSÃO, ETC.)

101
NOMENCLATURAS USUALMENTE UTILIZADAS
DIZEMOS QUE A
VIGA É FLEXIONADA
COLUNA É FLAMBADA
VIGA FLEXIONADA
COLUNA FLAMBADA

Cedac1 2-2017

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Destaque (20)

Mais de Mauro Cruz

Mais de Mauro Cruz (19)

Cedac1 2-2017