MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Aula 8 Metais

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
METAIS
Metais
Minérios;
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Estado sólido;
Cobre e ouro (estado puro);
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Ligas Metálicas
Dois ou mais elementos(metais);
Homogêneo; 
 Ligas ferrosas
Divide-se em:
 Ligas não-ferrosas
Ligas Ferrosas 
Elemento principal (ferro);
Apta a corrosão;
Versáteis;
Exemplo: Aço e ferro fundido.
Aço
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Ligas não ferrosas
Não possuem ferro;
Mais caras; 
Apresentam:
Resistência à corrosão;
Ligas não ferrosas
Não possui resistência a altas temperaturas;
Exemplo: Latão, bronze, alumínio.
Latão
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Martelo com “cabeça” de bronze
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Bronze
Corrimão
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Alumínio 
Propriedade dos metais 
Condutividade térmica e elétrica; 
Aparência;
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átomos
Densidade (2,3 e 11,45) ;
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Tipos de metais usados na construção
Emprego dos metais nas construções
ALUMÍNIO
É utilizado na construção civil, em fios e cabos elétricos, coberturas, revestimentos, esquadrias (portas, janelas, vitrôs), guarnições, arremates, etc.
Emprego dos metais nas construções
COBRE
É utilizado principalmente em instalações elétricas, como condutor
É empregado também em instalações de água, esgoto, coberturas e forrações
Emprego dos metais nas construções
ZINCO
É utilizado principalmente sob forma de chapas lisas ou onduladas, para coberturas ou revestimento, em calhas e condutores de fluidos
É empregado também como composto em tintas e em ligas
Emprego dos metais nas construções
LATÃO
É muito empregado em ferragens: torneiras, tubos, fechaduras, etc.
As ferragens de esquadrias e metais sanitários
Porca
Dobradiça
Parafuso
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Latão
Tratamento térmico dos aços
Tratamentos destinados principalmente para reduzir as tensões internas:
Normalização: refinar a granulação grosseira do aço
Recozimento: remove tensões e o aço é aquecido a uma temperatura apropriada. 
Tratamento térmico dos aços
Tratamentos destinados a modificar a estrutura cristalina:
Têmpera: resfriamento rápido do aço em meio líquido 
Revenido: corrige as excessivas dureza e fragilidade do material
Tratamento a Frio(Encruamento)
É o tratamento a frio em que o metal é submetido a esforços que tendem a deforma-lo, rompendo-se o filme intercristalino e os grãos tendem a se orientar no sentido da deformação. 
Propriedades das Ligas Metálicas
Resistência à Tração
Resistência à Compressão
Resistência ao Desgaste/Impacto
Corrosão 
Fadiga 
Aplicações dos Materiais Siderúrgicos em Construção
Aço Inoxidável
Grande resistência á corrosão
Folha-de-Flandres
Chapa fina de aço, com as faces cobertas de estanho para não oxidar
Chapas Galvanizadas
Podem ser lisas ou onduladas
É obtida pela imersão da chapa em banho de zinco
Chapas lisas pretas
São chapas de ferro fundido, pretas, lisas, laminadas a quente e a frio
Barras para concreto armado
Perfis laminados
Aço carbono laminado, apresentado na forma de barras com diversas configurações de seção transversal: perfis “L”, “T”, “H”, “U”, “Z”
Arames
Pregos
Canos Galvanizados
Para canalização de água, vapor, gás e ar comprimido
Aço
Composição do Aço
Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono (0,008% a 2,11%).
Cada elemento que é adicionado à composição do aço base tem algum efeito sobre as propriedades do aço e como que o aço reage a processos de fabricação.
O aço inoxidável é um aço de alta-liga com teores de cromo e de niquel em altas doses (que ultrapassam 20%). 
Efeito do Carbono no Aço
Aumento da dureza;
Aumento da resistência mecânica;
Diminuição do alongamento;
Redução da tenacidade;
Menor facilidade na soldagem
Matérias Primas para a Produção do Aço
Minério de Ferro
Carvão Mineral
Etapas da Produção do Aço
1 – Preparo das Matérias-Primas
Carvão Mineral		Coqueificação 		Coque Metalúrgico
		
Minério de Ferro		Sinterização		Sínter
Eliminação de Impureza; 
Destilação do carvão; 
Liberação de substâncias voláteis.
Temperatura de 1300 oC com ausência de ar
Material fortemente não homogêneo
Composto predominantemente por hematita, magnetita, ferritos e silicatos
Aglutinação de finos do minério; 
Adição de calcário, areia de sílica;
Granulometria (5 mm).
Magnetita
Hematita
Limonita
Material Poroso; 
Alta resistência mecânica; 
Alto ponto de fusão;
Grande quantidade de Carbono.
2 – Redução (Produção do Ferro-Gusa)
*Redução Inicial do Minério de Ferro em um Alto Forno*
		
Coque + Sínter + Fundente (calcário) 	 Ferro Gusa liquido + Resíduos
(Escória de Alto Forno)
Reação Exotérmica
Estrutura Vítrea
Formado principalmente Aluminatos de Cálcio
Resfriamento rápido
Tanque de granulação
Mais leve que o Ferro Gusa
Fabricação de cimento
3 – Refino
*redução do ferro gusa através da combinação dos elementos de liga existentes (silício, manganês) com o oxigênio soprado – Forno elétrico (forno panela) Aciaria*
		
Ferro Gusa liquido + Sucata de ferro			Aço + Escória
+ Ferro fundido + Oxigênio Puro	 		( Tarugo)
1700 oC
3 – Refino
Ajuste de sua composição final
Amostras são enviadas para controle laboratorial
Ferros - liga podem ser adicionados para enquadramento do produto
		
4 – Lingotamento
		
O aço líquido é despejado em moldes de seção quadrada, definindo sua forma
 
O molde tem o nome de lingoteira, a qual, por ser refrigerada com água é conhecida como lingoteira refrigerada
 As barras são cortadas em comprimentos de aproximadamente 15 metros
		
4 – Lingotamento
		
5 – Laminação
Laminação – Transforma o tarugo de aço, aquecido a acima de 1.100oC, em produtos siderúrgicos prontos para a utilização (vergalhão e barra mecânica) ou destinados ao processamento posterior (fio-máquina)
5 – Laminação
Laminação a Quente		Laminação a frio	
A peça com aproximados 250 mm é aquecida e submetida à deformação por cilindros que a pressionarão até atingir a espessura desejada
As peças laminadas a frio são normalmente mais finas, com melhor acabamento e sem a presença de tensões residuais
5 – Laminação
Laminação a Quente		Laminação a frio	
5 – Laminação
DEFORMAÇÃO A FRIO – “ESTIRAMENTO” DO AÇO
OS FIOS DE AÇO SÃO FORÇADOS A PASSAR ATRAVÉS DE VÁRIOS ANÉIS OU FIEIRAS
DEFORMAÇÃO MICROESTRUTURAL, COM ALONGAMENTO DOS GRÃOS PARALELAMENTE AO ESFORÇO DE TRAÇÃO
É NECESSÁRIO QUE SE REMOVA A CAREPA DE LAMINAÇÃO (BANHO DE AÇO CLORÍDRICO)  BANHOS DE ÁGUA  BANHOS COM CAL
Trefilação
5 – Laminação
ESTRUTURA ENCRUADA APRESENTA GRÃOS SEVERAMENTE DISTORCIDOS (INSTABILIDADE).
COM “ESTÍMULO” OS CRISTAIS TENDERÃO A SE REACOMODAR (TRATAMENTOS TÉRMICOS, COMO POR EXEMPLO RECOZIMENTO).
AUMENTO DO LIMITE DE ESCOAMENTO E RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
REDUÇÃO DA DUCTILIDADE 
Trefilação
Resumo do Processo de Fabricação
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.
Principais propriedades
Principais propriedades mecânicas
Resistência à tração
Elasticidade
Ductilidade
Fluência
Fadiga
Dureza
Tenacidade,....
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las
Tipos de tensões que uma estrutura esta sujeita
Tração
Compressão
Cisalhamento
Torção
NORMAS TÉCNICAS
Normas técnicas mais comuns:
ASTM (American Society for Testing and Materials)
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
Ensaios para determinação das propriedades mecânicas
Resistência à tração
Resistência à compressão
Resistência à torção
Resistência ao choque 
Resistência ao desgaste
Resistência à fadiga
Dureza
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento
NBR-6152 para metais
Resistência À Tração
Tensão () X Deformação ()
Deformação()= lf-lo/lo=l/lo
lo= comprimento inicial
lf= comprimento final
 = F/Ao
Kgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2
Força ou carga
Área inicial da seção reta transversal
Comportamento dos metais quando 
submetidos à tração
Resistência à tração
Dentro de certos limites,
a deformação é proporcional
à tensão (a lei de Hooke é 
obedecida)
Lei de Hooke:  = E 
Deformação Elástica e Plástica
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
Precede à deformação plástica
É reversível
Desaparece quando a tensão é removida
É proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)
 DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade 
É irreversível; é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida
Elástica
Plástica
O Fenômeno de Escoamento
Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo teor de carbono.
Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga.
Ductilidade em termos de alongamento
ductilidade
 Corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica
%alongamento= (lf-lo/lo)x100
Ductilidade expressa como estricção
Corresponde à redução na área da seção reta do corpo, imediatamente antes da ruptura
Os materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção reta antes da ruptura
Estricção= área inicial-área final
			 área inicial
Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente
A propriedade associada é dada pelo módulo de resiliência (Ur)
Ur= esc2/2E
esc
Resiliência
Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas)
Resiliência
Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura
tenacidade
Tenacidade
FALHA OU RUPTURA NOS METAIS
Fratura
Fluência
Fadiga
 
FRATURA
Consiste na separação do material em 2 ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do material
FRATURA
Dúctil	 a deformação plástica continua até uma redução na área
Frágil	 não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições no material
FRATURA
Fraturas dúcteis
Fratura frágil
Mecanismo da fratura dúctil
a- formação do pescoço
b- formação de cavidades
c- coalescimento das cavidades para promover uma trinca ou fissura
d- formação e propagação da trinca em um ângulo de 45 graus em relação à tensão aplicada
e- rompimento do material por propagação da trinca
FLUÊNCIA (CREEP)
Quando um metal é solicitado por uma carga, imediatamente sofre uma deformação elástica. Com a aplicação de uma carga constante, a deformação plástica progride lentamente com o tempo (fluência) até haver um estrangulamento e ruptura do material
FLUÊNCIA (CREEP)
Definida como a deformação permanente, dependente do tempo e da temperatura, quando o material é submetido à uma carga constante
Este fator muitas vezes limita o tempo de vida de um determinado componente ou estrutura
FADIGA
É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas 
Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência à tração (determinada para cargas estáticas)
FADIGA
Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem ser:
Tração
Tração e compressão
Flexão
Torção,...
Princípios de Arquitetura em Aço
		
O que você deseja?
O que você precisa saber?
O que você pode fazer?
Princípios de Arquitetura em Aço
O que você deseja?
Satisfazer as necessidades e possibilidades do cliente
Espaços
Volumes
Estética
Tenerife Concert Hall - Ilhas Canárias - Espanha - 1991
Princípios de Arquitetura em Aço
		
O que você precisa saber?	
Vãos e cargas
A relação entre vãos e custos não é linear. Vãos pequenos podem estar desprezando as potencialidades do material. Vãos grandes podem ser deformáveis e antieconômicos
Princípios de Arquitetura em Aço
		
O que você pode fazer?
Normas e limitações (NBR 7480)
Materiais
Custo
Execução
Sede de vendas da Renault - Swindon-Wiltshire - Inglaterra
Arquitetura em Aço
		
Vantagens
Organização do canteiro de obra
Vãos livres maiores
Racionalização de material e de mão de obra
Menor prazo de execução
Retorno financeiro mais rápido
Garantia de níveis e prumos
Redução de acidentes
Facilidade de montagem e desmontagem
Otimização de ampliações e reformas
Compatibilidade com sistemas construtivos
Aplicação do Aço na Arquitetura
		
Estruturas treliçadas			Estruturas em Arco
Vahrhunder Thalle – Vratislavia (1911-1913)
Esquema Geral da Estrutura
East London River Crossing Santiago - Calatrava 1990
Aplicação do Aço na Arquitetura
		
Estruturas Estaiada			
Sistema de membranas
Alamillo Bridge Santiago - Calatrava 1987 - 1992
Tenda Olímpica - Munique 
Aplicação do Aço na Arquitetura
		
			
Reformas de interiores sem alterações de fachadas em prédios tombados
Estação da Luz
Aplicação do Aço na Arquitetura
		
			
Abertura em vãos portantes
Escadas
Aplicação do Aço na Arquitetura
		
			
Passarelas
Clarabóias
Aplicação do Aço na Arquitetura
		
			
Fachadas
Marquises
Um dos maiores shoppings centers do mundo, o Zlote Tarasy, em Varsóvia, tem cobertura ondulada de 10 mil m2 em vidro estruturada em aço. Toda a obra consumiu cerca de 630 toneladas de aço.