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Nota de aula 02 e 03

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Estrutura Metálica I
Prof. Kuelson Rândello 
E-mail: kuelson@gmail.com
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Aspectos Tecnológicos – Processo Siderúrgico Conceitos
O aço é a mais versátil e a mais importante das ligas metálicas conhecidas pelo ser humano. A produção mundial de aço em 2006 foi superior a 1,249 bilhão de toneladas, e a participação brasileira foi de 31 milhões de tone-ladas. Cerca de cem países produzem aço e o Brasil, já há algum tempo, é um dos dez maiores produtores mundiais
As principais matérias-primas envolvidas na fabricação do aço são o minério de ferro (principalmente a hematita) e o carvão mineral, que não são encontrados puros; são acompanhados de elementos indesejáveis ao processo. 
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 Def. O aço é uma liga de ferro e carbono, que contém de 0,008% a 2,11%, em peso, de carbono. De modo geral, o teor de carbono não ultrapassa 1%.
A classificação de um aço é feita, em geral, pela sua quantidade de carbono. 
Os aços de baixo carbono, comumente laminados a frio e recozi-dos, são destinados à estampagem na indústria automobilística. 
Aços de médio carbono são empregados, por exemplo, como perfis estruturais e vergalhões na construção civil, assim como em chapas destinadas à confecção de tanques de estocagem, tubulações e reatores em geral. 
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Os aços de alto carbono são empregados, por exemplo, na confecção de molas, arames de alta resistência e certos implementos agrícolas sujeitos à abrasão.
O processo siderúrgico trata, fundamentalmente, da extração do ferro metálico existente no minério de ferro, eliminando-se, em grande parte, as impurezas contidas nele.
Aspectos Tecnológicos – Processo Siderúrgico Conceitos
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Aspectos Tecnológicos – Processo Siderúrgico
Os minérios de ferro são distribuidos por todo o planeta e o Brasil é o seu maior produto. O carvão mineral adequado ao uso nas Siderúrgicas só é encontrado em certos Países; o Brasil possui reservas consideradas de carvão metalúrgico, mas, para ser utilizado em grande escala em nossa usinas é necessário um custoso beneficiamento para a redução de teor de enxofre e de cinzas.
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Em linhas gerais, a fabricação do aço compreende o aproveitamento do ferro, pela eliminação progressiva das impurezas contidas no minério de ferro. Na forma líquida, isento de grande parte das impurezas do minério, o aço recebe adições que lhe conferem as características desejadas, sendo então solidificado e trabalhado para a forma requerida.
Aspectos Tecnológicos – Processo Siderúrgico
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Quais tipos de obras e situações em que o aço se aplica: 
Estruturas Metálicas de cobertura; 
Edifícios comerciais e industriais; 
Residências; 
Hangares; 
Galpões Industriais; 
Reservatórios; 
Refinarias; 
Pontes e viadutos; 
Escadas e passarelas rodoviárias; 
Torres; 
Painéis e postes; 
Pontes rolantes; 
Navios; 
Tubos; 
Obras de engenharia em geral. 
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CARACTERÍSTICAS DAS ESTRUTURAS DE AÇO
qualidade bastante homogênea;
boa relação entre resistência mecânica e peso específico, o que conduz a estruturas “leves” e “esbeltas”;
esta boa relação que nos leva a elevadas resistências em peças esbeltas, acarreta em cuidado especial no projeto com a flambagem, flechas e vibrações;
processo de laminação a quente lhe dá características mecânicas um pouco melhores nesta direção do que em direções perpendiculares;
em contato com oxigênio oxida-se rapidamente, exigindo proteção quanto à corrosão;
suas características de resistência caem rapidamente com o aumento da temperatura, o que torna importante a proteção contra incêndios;
como estrutura pré-fabricada, exige grande precisão de fabricação, com tolerâncias bastantes reduzidas;
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PRINCIPAIS VANTAGENS DO USO DO AÇO
 dimensões e peso relativamente reduzidos da estrutura, o que permite obras com vãos maiores, menor perda de área útil e menor custo em fundações;
maior rapidez de execução em relação às estruturas de concreto moldadas “in loco”;
maior facilidade de montagem e menor preço de transporte que as estruturas de concreto pré-moldadas (peças mais leves);
em modificações de condições de obra, a estrutura de aço permite acréscimos e reforços sem grandes dificuldades (quando comparadas com as de concreto armado);
permite a desmontagem para uso posterior ou venda como sucata (se for o caso);
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PRINCIPAIS DESVANTAGENS DO USO DO AÇO
exige conservação maior que as estruturas de concreto armado;
exige grau maior de especialização da mão-de-obra de montagem no canteiro de obras e eleva o gasto com equipamentos, normalmente alugados ou amortizados pela obra específica;
no caso de construções que são freqüentadas por muitas pessoas, necessitando de tempo para evacuar o local, a estrutura de aço exige uma proteção contra incêndio que aumenta seu preço. Essa proteção não é, normalmente, exigida em estruturas de concreto armado; 
atualmente no Brasil, a estrutura de aço, em geral, ainda é mais cara que a de concreto armado para o mesmo fim, principalmente pelos motivos acima citados; esta característica se fortalece nas construções residenciais ou para escritórios até cerca de 40 andares e pontes de pequenos vãos;
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Classificação dos Aços Estruturais – Quanto ao teor de Carbono
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TIPOS DE AÇO ESTRUTURAIS
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TIPOS DE AÇO ESTRUTURAIS
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Influência da Composição Química em Certas Propriedades do Aço
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Aços Estruturais Utilizados na Construção Civil
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O ponto de partida para a obtenção do Aço é feita em 04 estágios:
Estágio 1: Tratamento do minério de ferro e do carvão metalúrgico.
Estágio 2: Obtensão do ferro-gusa.
Estágio 3: Obtenção do aço e seu enobrecimento.
Estágio 4: Lingotamento e conformação do Aço.
Aspectos Tecnológicos – Processo Siderúrgico
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Estágio 1: Tratamento do minério de ferro e do carvão metalúrgico - Sinterização.
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Processo de Coqueificação 
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Estágio 2: Obtensão do ferro-gusa
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O LINGOTAMENTO CONVENCIONAL – em que o aço liquido é vertido, a partir de uma panela, em formas metálicas denominadas lingoteiras. Ali o Aço será parcialmente solidificado. Esse ligote poderá pesar de 3 a 40 toneladas. Após o seu resfriamento parcial, o aço é retirado da lingoteira com auxilio de um equipamento hidráulico denominado estripador. O ligote é em seguida, colocado em um forno, onde é novamente aquecido até a homogeneização de temperatura, necessária ao processo de laminação. Após a retirada do forno, os ligotes são levados ao laminador primário, onde são convertidos em placas, blocos, tarugos e etc.
Estágio 4: Lingotamento e conformação do Aço
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O LINGOTAMENTO CONTINUO – em que o aço liquido passa da panela para um recipente de distribuição equipado com uma descarga ajustável que libera o aço líquido dentro de um molde de cobre refrigerado à água. A forma do molde define a forma do aço – Costumeiramente em placas, blocos e tarugos. 
O ligontamento contínuo corresponde a mais de 60% da produção total de aço líquido no mundo.
Quando o aço líquido é vertido no recipiente e atinge certo nível mínimo, o molde começa a oscilar verticamente, impedindo a adesão de aço em suas paredes.
Estágio 4: Lingotamento e conformação do Aço
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Produção de Aço em Forno Elétrico
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As placas utilizadas no laminador de chapas grossas possuem, na entrada, espessuras compreendidas, de modo geral, entre 175mm e 250mm. 
Após a laminação, o produto sai com espessuras compreendidas entre 5mm e 15mm, largura-padrão entre 1m e 3,8m e comprimento-padrão entre 6m e 12m. 
As mais utilizadas são as de 2,44m de largura e 12m de comprimento com as espessuras especificadas de acordo com o tipo de chapa (Grossa ou Fina)
Produtos Siderúrgicos - Chapa
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CHAPAS GROSSAS – São utilizadas, de modo geral, na fabricação dos perfis soldados, mas também podem ser usadas, dependendo da disponibilidade de equipamentos
adequados para dobramento, como perfis formados a frio.
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As CHAPAS FINAS – são fabricadas pelas siderúrgicas com espessura variando entre 0,6mm e 5mm. 
As chapas com espessuras maiores (1,8mm a 5 mm) são laminadas a quente e denominada chapas finas a quente, enquanto que as chapas com menores espessuras (0,6mm à 3mm) são laminadas a frio.
As chapas finas apresentam largura-padrão entre 1m e 1,5m, comprimento padrão entre 2m e 3m (chapas a frio) e 2m a 6m (chapas a Quente).
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
Para fins Estruturais, na obtenção de perfis formados a frio, são empregadas as chapas finas a quente, enquanto que as chapas finas a frio são Utilizadas na fabricação de elementos complementares na construção, como: telhas, calhas, esquadrias, dutos entre outros.
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Perfis
Os perfis podem ser obtidos ou diretamente por laminação ou a partir de operações de: conformação a frio, soldagem ou eletro-soldagem de chapas.
Os perfis laminados possuem limitações de comprimento, na sua produção e também para seu transporte, por isso eles são produzidos em tamanhos pré definidos e ligados entre si para formar os tamanhos necessários.
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Perfis
Em resumo, hoje, as ligações são, em sua maioria, feitas em solda quando as ligações são feitas na fábrica e com parafusos, quando ligadas em campo, observe também que são estes os dois tipos principais de ligação (solda e por conectores: rebites e parafusos).
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Perfis Laminados com Mesas de Faces Paralelas (ASTM A6/A6M)
Perfis laminados são aqueles provenientes da laminação a quente e são os mais econômicos para a utilização em edificações constituídas em estruturas metálicas. 
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Os PERFIS LAMINADOS com mesas de faces paralelas são produzidos de acordo com as tolerâncias dimensionais descritas na Norma ASTM A572 grau 50 (fy mínimo de 350 MPa). Esses perfis também são fornecidas em Aço Resistente à corrosão (fy mínimo de 370 MPa).
Esses perfis são oferecidos em várias medidas, compreendidas entre 150mm e 610mm de altura e comprimento-padrão de12m. Os perfis fabricados no Brasil dividem-se em duas séries : W e HP. Sua designação é dada pela série, seguida da altura e da Massa por unidade de comprimento.
Por exemplo: W310 x 44,5 ou HP 250x62
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Perfis Laminados com Mesas de Faces Inclinadas entre Si (ASTM A6/A6M)
Perfis laminados com mesas de faces inclinadas entre si, também conhecidos como perfis laminados padrão americano, são produzidos em diferentes aços: ASTM A36 (fy mínimo de 250 MPa), ASTM A572 Grau 50 (fy mínimo de 345 MPa), ASTM A572 Grau 60 (fy mínimo de 415 MPa) e ASTM A588 Grau B (fy mínimo de 345 MPa). 
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Perfis Laminados com Mesas de Faces Inclinadas entre Si (ASTM A6/A6M)
 Esses perfis são fornecidos em comprimento de 6m e 12m, com altura variando de 76,2 mm a 152,4 mm
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
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Perfis Soldados por Arco Elétrico
Perfil soldado é o perfil constituído por chapas de aço estrutural, unidas entre si por soldagem a arco elétrico.
A norma NBR 5884 - "Perfil I estrutural de aço soldado por arco elétrico" apresenta as características geométricas de uma série de perfis I e H soldados e tolerâncias na fabricação
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Perfis Soldados por Arco Elétrico
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
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Perfis Eletrossoldados - NBR 15729
Perfis eletrossoldados são perfis constituídos por chapas de aó estrutural, unidas entre si com a fusão gerada pelo calor liberado pela resistência à passagem de uma corrente elétrica de Alta frequência e com a aplicação simultânea de pressão, formando em sua seção transversal um I, H ou T.
A designação dos perfis soldados por eletrofusão faz-se pela série, seguida da altura em mm e da massa aproximada em kg/m. Por exemplo: CE 300x76, VE 150x18 entre outros.
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
TIPOS OU SÉRIE: CE, VE, CVE, VEM, PE e VEM.
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
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Cantoneiras e U de Faces Inclinadas
AS CANTONEIRAS - Produzidas em Aço ASTM A36 - Fornecidos em Barras de 6m ou 12m de comprimento
OS PERFIS em U – Alturas variando entre 76,2mm (3”) e 254 mm (10”) – Comprimento iguas o das Cantoneiras (6m ou 12m de comprimento).
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Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
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Perfis compostos 
São perfis obtidos pela composição, por meio de soldagem ou aparafusado, de chapas ou outros perfis
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura - 2ª Edição - Roberto de Carvalho Júnior
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PERFIS FORMADOS A FRIO (NBR 6355)
Os perfis estruturais formados a frio, também conhecidos como perfis de chapas dobrados, vêm sendo utilizados de forma crescente na execução de estruturas metálicas leves, pois podem ser projetados para cada aplicações especificas.
Nem sempre são encontrados no mercado os perfis laminados com dimensões adequadas as necessidades do projeto de elementos estruturais leves, pouco solicitados como terças, montantes e diagonais de treliças, travamentos e entre outros.
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 A NBR 6355, Perfis Esruturais de Aço Formados a Frio”, padronizados uma sériede perfis formados com chapas de espessura entre 1,5mm e 4,75mm, indicando suas caracteristicas geométricas, pesos e tolerâncias de fabricação.
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Dois são os processos de fabricação dos perfis formados a frio: contínuo e descontínuo. 
O processo contínuo, adequado à fabricação em série, é realizado a partir do deslocamento longitudinal de uma chapa de aço, sobre os roletes de uma linha de perfilação.
O processo descontínuo, adequado a pequenas quantidades de perfis, é realizado mediante o emprego de uma prensa dobradeira
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O dobramento de uma chapa, seja por perfilação ou utilizando-se dobradeira, provoca, devido ao fenômeno conhecido como envelhecimento (carregamento até a zona plástica, descarregamento, e posterior, porém não imediato, carregamento), um aumento da resistência ao escoamento (fy) e da resistência à ruptura (fu), com consequente redução de ductilidade, isto é, o diagrama tensão-deformação sofre uma elevação na direção das resistências limites, mas acompanhado de um estreitamento no patamar de escoamento. 
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Aumento da resistência ao escoamento e da resistência à ruptura, num perfil formado a frio
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Tubos Estruturais
Perfis tubulares com costura podem ser fabricadas por diferentes meios, em aço de média e alta resistência mecânica, como o ASTM A501(fy mínimo de 250 MPa) ou ASTM A572 Grau 50 (fy mínimo de 345MPa).
Ergonomia – Projeto e Produção – Itiro Iida
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– Projeto e Produção – Itiro Iida
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