Propriedades e Vantagens do Aço em Estruturas: Análise e Considerações

IN TR OD U ÇÃO Sistemas Estruturais II Estruturas de aço Prof Msc Eng Civil Felix Silva Barreto Propriedades Vantagens Alta resistência do material que possibilita a execução de estruturas comparativamente leves Processo de fabricação garante dimensões e propriedades homogêneas para o material e para as peças fabricadas Por tratarse de estrutura com características de pré fabricação a sua aplicação em campo é rápida e limpa Possibilidade de reduções em cronogramas Flexibilidade de aplicação em situações especiais tais como reformas reforços canteiros exíguos ou estruturas temporárias Propriedades Desvantagens Necessidade de tratamento e cuidados especiais contra corrosão Sensibilidade estrutural em caso de incêndio Por tratarse em geral de estruturas esbeltas é importante considerar a possibilidade de vibrações indesejáveis na estrutura Necessidade de mão de obra mais especializada e equipamentos para serviços de montagem e solda Por tratarse de estrutura com características de pré fabricação o projeto necessita adaptarse à disponibilidade do fornecimento e não o contrário O Aço Liga de Ferro e Carbono Outros elementos manganês silício fósforo enxofre alumínio cobre níquel nióbio cromo e outros O Aço O Aço Do ponto de vista estrutural o teor de carbono no aço tem muita importância Quanto maior o teor de carbono menor a ductibilidade Classes de resistência do aço Aço de média resistência MR 250 aço com tensão de escoamento fy250 MPa e fu400 MPa Aço de alta resistência AR 350 aço com tensão de escoamento fy350 MPa e fu410 MPa ou fu485 MPa Existe também o aço com maior resistência à corrosão COR AR 415 fy415 MPa e fu520 MPa NBR 8800 em seu anexo A tabelas A1 e A2 Resistência de aços carbono Classes de resistência do aço NBR 8800 em seu anexo A tabelas A1 e A2 Tensões e deformações do aço Ensayo de tração a módulo de elasticidade E Eₐ 200 000 MPa b coeficiente de Poisson νₐ 03 c módulo de elasticidade transversal G 77 000 MPa d coeficiente de dilatação térmica βₐ 12 10⁵ C¹ e massa específica ρₐ 7 850 kgm³ Proteções Químicas Na PINTURA é fundamental cuidados iniciais como a limpeza da peça a especificação da tinta e sua aplicação Em geral a peça crua recebe duas demãos de tinta base especial primer e após secagem e posterior limpeza é que será aplicada mais duas demãos de tinta Na GALVANIZAÇÃO é adicionado ao aço uma camada de zinco por imersão da peça agregando o produto em sua superfície AÇO PROTEÇÕES QUIMICAS AÇO De forma alternativa podese adicionar na composição química do aço o cobre que é resistente à corrosão O aço resistente a corrosão ao ser exposto ao ar desenvolve uma camada chamada de pátina que é produzida pela corrosão da camada externa da peça e se transforma em uma barreira reduzindo a evolução do processo A característica rústica da pátina também é utilizada em decoração de interiores e fachadas com o nome comercial de Aço Corten PROTEÇÕES QUIMICAS AÇO PROTEÇÕES QUIMICAS AÇO CORTEN AÇO PROTEÇÕES QUIMICAS AÇO CORTEN AÇO PROTEÇÕES QUIMICAS AÇO CORTEN AÇO PROTEÇÕES QUIMICAS AÇO CORTEN AÇO PROTEÇÕES QUIMICAS AÇO CORTEN Perfis de Aço Perfis Laminados Perfis Laminados Obtidos diretamente dos laminadores das siderúrgicas Estão disponíveis no mercado em forma de I H U e T Perfis Laminados TABELA Perfis Soldados Perfis Soldados Obtidos através da soldagem de várias chapas Estão disponíveis no mercado em forma de I VS alturalargura 4 CS alturalargura 1 CVS1alturalargura 15 Perfis de Chapa dobrada perfis formados à frio Obtidos pelo dobramento de chapas em temperatura ambiente Perfis de Chapa dobrada perfis formados à frio Viradeira dobradeira de chapas Perfis de Chapa dobrada perfis formados à frio Viradeira dobradeira de chapas Perfis de Chapa dobrada perfis formados à frio Perfiladeiras de chapas Os perfis estruturais podem ser de três tipos Perfis Laminados Obras de pequeno porte Perfis de chapas soldadas Grande variedade de seções Obras de grande porte Perfis de chapa dobrada Mais esbeltos Pequeno porte PERFIL LAMINADO PERFIL SOLDADO Relações dos esforços e centro de massa Tipo de esforço x seção mais adequada Princípio de distribuição de massas Qual a melhor seção para tração simples Qual a melhor seção para compressão Qual a melhor seção para o momento fletor E S U A R ELAÇÃO COM CEN TR O D E M AS S A Seções Mais Utilizadas em estruturas de aço Cantoneiras Laminadas ou por dobramento de chapas Material próximo ao centro de gravidade Utilizada como acessório Pode ser utilizada em peças comprimidas Cantoneiras Uso em treliças cantoneira soldada na viga e parafusada no pilar Perfil U Perfil U Perfil U Perfil I H Altura nominal L H Abas ou Mesas Alma Perfil I Utilizada como viga Diagrama de tensões devidas a flexão Perfil I Compondo viga mista com a laje de concreto Perfil I Formando Viga Avoelar Linha de corte Solda Perfil H Perfis Tubulares Circular quadrado e retangular Chapas e Barras redondas Chapas Compor perfis fabricação de telhas elementos de piso etc Barras redondas Contraventamentos tirantes AÇO PRODUTOS SIDERÚRGICOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL Os principais produtos são 1 Barras 2 Chapas 3 Perfis laminados 4 Trilhos 5 Tubo quadrado e redondo 6 Fios trefilados 7 Cordoalhas 8 Cabos As chapas barras perfis trilhos e tubos são fabricados em laminadores e são considerados de produtos laminados Os fios trefilados são obtidos puxando a barra de aço sucessivamente por meio de fieiras com diâmetros decrescentes As cordoalhas e os cabos são formados por associação de fios Os perfis estruturais podem ainda ser fabricados por dobramento de chapas e por associação de chapas por meio de solda As vigas dos elevados da linha 1 do Metro foram produzidas assim 1 2 3 4 5 6 7 8 AÇO PRODUTOS SIDERÚRGICOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL PERFIS LAMINADOS AÇO PRODUTOS SIDERÚRGICOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL CHAPAS FIOS TREFILADOS AÇO INOX ou AÇO CROMADO O aço inox ou inoxidável é uma liga metálica composta de ferro cromo carbono e níquel bastante resistente à corrosão e ao calor Dependendo do tipo de aplicação podem ainda fazer parte de sua composição outros elementos que modificam e melhoram as suas características básicas como o silício titânio nióbio molibdênio cobalto boro e o nitrogênio O responsável por essa resistência é o cromo que dependendo da quantidade em sua composição quando entra em contato com o oxigênio forma uma película protetora sobre a superfície do aço que os torna impermeáveis O aço inox legítimo deve apresentar no mínimo 1050 de cromo A adição do níquel ao aço inox lhe confere a ductilidade ou seja permite que seja trabalhado em sua superfície além de resistência a altas temperaturas e soldabilidade melhorando sua resistência geral Na realidade todo aço oxida na liga do AÇO INOX o cromo presente oxidase em contato com o oxigênio do ar formando uma película muito fina e estável de óxido de cromo Cr2O3 que se forma na superfície exposta ao meio Ela é denominada camada passiva e tem como função proteger a superfície do aço contra processos corrosivos Ligações em Estruturas de Aço AÇO LIGAÇÕES SOLDADAS As ligações soldadas são ligações mais simples e leves que devem preferencialmente ser executadas em fábricas para a união de materiais com geometrias complexas e que a perfeita continuidade entre estes elementos seja de fundamental importância As soldas são feitas por fusão ou seja as peças que serão unidas são aquecidas até o ponto em que começam a se fundir fazendo a união das mesmas diretamente ou acrescentando um material entre elas Os processos de soldagem mais empregados na construção civil são a solda elétrica Vantagens Eliminam uma grande porcentagem de chapas de ligação em relação às estruturas parafusadas Existe uma facilidade de se realizar modificações nos desenhos das peças e se corrigir erros durante a montagem Reduzem o comprimento das peças devido aos efeitos cumulativos de retração Desvantagens Exigem maior análise de fadiga Exige maior tempo de fabricação e montagem das peças AÇO LIGAÇÕES PARAFUSADAS Esse tipo de ligação tem sua aplicação restrita às ligações de campo por serem ligações com custo elevado e mais complexas pois dependem de furos nas peças Nas ligações parafusadas em estruturas metálicas os parafusos têm suas dimensões medidas em polegadas e possuem cabeça sextavada e são empregados três tipos principais de parafusos Parafusos comuns para ligações com menor importância estrutural e em estruturas leves como guardacorpos corrimãos etc Parafusos usinados têm custo mais elevado e são empregados em estruturas sujeitas a cargas dinâmicas Parafusos de alta resistência utilizados em peças de grande importância estrutural sujeitas a cargas estáticas e dinâmicas resistindo aos esforços de cisalhamento Vantagens Facilidade na montagem em locais em que não se consegue o acesso do manejo da solda com o profissional Maior rapidez na execução Desvantagens Custo elevado Atrasos nos casos de erros de prumagem na montagem das peças LAJE STEEL DECK O steel deck é um tipo de laje mista de metal na qual utilizase telhas metálicas com uma dupla função Elas funcionam como uma fôrma autoportante durante a concretagem e como armadura positiva da laje após a cura do concreto As fôrmas de aço galvanizado podem ter espessuras que variam de 080 mm a 120 mm e comprimento aproximado de até 12 metros São formadas a frio e permanentes servindo tanto para a concretagem quanto como armadura positiva no que diz respeito a cargas de serviço Essa forma apresenta ranhuras que ficam em contato com o concreto para proporcionar maior aderência e consequentemente uma melhor superfície de ancoragem O steel deck permite que durante a execução as escoras sejam eliminadas parcial ou totalmente Dessa forma é possível realizar diversas outras atividades e etapas em um empreendimento uma vez que o espaço não estará ocupado LAJE STEEL DECK LAJE STEEL DECK VIGA PRINCIPAL VIGA INTERMEDIÁRIA DE APOIO À LAJE LAJE STEEL DECK DIMENSIONAMENTO MF50 MF75