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AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL PERFIL ESTRUTURAL Prof. Dr. José Antonio Armani Paschoal APLICAÇÃO DOS PERFIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL AÇO NA ARQUITETURA • Século XIX – Introdução do ferro fundido na construção civil. • Antes a arquitetura de pedra, de madeira, do barro. • O aço ainda está em desenvolvimento e está ligado ao processo de industrialização. • Apesar de já ter algumas décadas, foi nos anos 80 que apareceram propostas ambiciosas, entre desafios construtivos e ambientais. CARACTERISTICAS DAS ESTRUTURAS DE AÇO • Qualidade homogênea. • Boa relação entre resistência mecânica e peso específico. • Estruturas leves e esbeltas com elevadas resistências. • Cuidados com flambagem, flechas, e vibrações. • Oxida-se facilmente, exigindo proteção. • Perde resistência com aumento da temperatura. • Grande precisão de fabricação. • Atenção quanto a transmissão de esforços entre os elementos, principalmente esforços de cargas horizontais. DESVANTAGENS DO USO DO AÇO • Exige maior conservação que o C.A. • Exige maior especialização da mão-de-obra de montagem, elevando os custos. • Exige proteção contra incêndio, aumentando os custos. • Estrutura de aço é mais onerosa que o C.A. VANTAGENS DO USO DO AÇO • Diminuição no peso e nas dimensões das estruturas. • Permite vãos maiores com menor custo em fundações. • Maior rapidez na execução que o C.A.(in loco). • Facilidade de montagem e menor preço de transporte que C.A. pré-moldado. • Permite acréscimos e reforços sem muitas dificuldades. • Permite desmontagem para reuso ou venda como sucata. MATÉRIAS-PRIMAS • Minério de ferro. • Carvão mineral ou vegetal. O QUE É O AÇO? O aço é, basicamente, uma liga metálica de ferro e carbono, com teor de carbono entre 0,002% a 2,00%, podendo possuir pequenas quantidades de outros elementos como: Si, Mn, Ti, Ni, Cu, Co, Cr. OBTENÇÃO DO AÇO • O aço é obtido pelo refino do ferro gusa, na aciaria, ou pela fusão de sucata de aço, em fornos elétricos ou de indução. • Ferro gusa é o produto obtido na fusão do minério de ferro no alto forno, com teor de carbono aproximado de 4,0%. • O aço é produzido nas usinas siderúrgicas. PROCESSO DE FABRICAÇÃO • Preparo das matérias-primas. • Produção do ferro gusa (alto forno). • Produção do aço ( aciaria). • Conformação mecânica (laminação). LAMINAÇÃO • Laminação é o processo onde o aço é efetivamente transformado em barras, chapas, fios ou perfis de aço. TIPOS DE CHAPAS LAMINADAS GROSSAS - Espessura: 6 a 200mm - Largura: 1000 a 3800mm - Comprimento: 5000 a 18000mm LAMINADOR TIPOS DE CHAPAS LAMINADAS A QUENTE - Espessura: 1,20 a 12,50mm - Largura: 800 a 1800mm - Comprimento: 2000 a 6000mm LAMINADOR TIPOS DE CHAPAS LAMINADAS A FRIO - Espessura: 0,30 a 3,00mm - Largura: 800 a 1600mm - Comprimento: 2000 a 3000mm LAMINADOR PERFIS • Os perfis laminados seguem o mesmo processo dos produtos laminados planos, a diferença é que os cilindros conformadores, já vão modelando o aço com uma sucessão de passes. CONFORMAÇÃO DOS PERFIS COMPOSIÇÃO DE PERFIS PERFIS LAMINADOS NACIONAIS • Os perfis laminados de padrão americano, fabricados no Brasil, estão com a produção bastante restrita, os fabricantes já não produzem mais, no entanto, ainda pode ser encontrado no mercado, o ASTM A-36, com comprimento de 6000 a 12000mm: • Cantoneiras de abas iguais: 6”(152,4mm); 8”(203,2mm) e 10”(254,0mm) • Perfil “I”: 2”(50,80mm; 2 ½”(63,50mm); 4”(101,8mm) e 6”(152,4mm) • Perfil “U”: 6”(152,4mm) e 8”(203,2mm) PERFIS SOLDADOS • Os perfis soldados são obtidos pelo corte, composição e soldagem de chapas planas de aço, permitindo grande variedade de formas e dimensões das seções e seu uso esta bastante aquecido no mercado nacional. CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS DOS PERFIS • d - altura do perfil • bf - largura da mesa • tw - espessura da alma • tf - espessura da mesa • h -altura da alma • ec -espessura do cordão de solda CLASSIFICAÇÃO DOS PERFIS SOLDADOS • Série VS: Perfis soldados para vigas, com 2 < d/bf <= 4 • Série CVS: Perfis soldados para vigas, com 1 < d/bf <= 1,5 • Série CS: Perfis soldados para vigas, com d/bf <= 1 QUALIDADE E ESPECIFICAÇÕES Os perfis são divididos em três categorias de padrão de qualidade. De acordo com a utilização, montagem e condições de aplicação; PADRÃO DE QUALIDADE I (RIGOROSO) ESTRUTURAS USUAIS • Estruturas especiais, com elevado rigor de tolerância APLICAÇÃO • Estruturas “off shore” • Usinas nucleares. PADRÃO DE QUALIDADE II (NORMAL) ESTRUTRAS USUAIS • Estruturas convencionais APLICAÇÃO • Edificações em geral (residencial, comercial e industrial) • Pontes PADRÃO DE QUALIDADE III (COMERCIAL) ESTRUTURAS USUAIS • Usos gerais APLICAÇÃO • Galpões • Estacas • Postes • Mourões ESPECIFICAÇÃO PERFIS FORMADOS A FRIO • São obtidos pelo processo de dobramento a frio das chapas. São padronizados, mas podem ser produzidos pelos fabricantes, com forma e tamanho solicitados, são utilizados em elementos estruturais como barras de treliças, terças, etc. PERFIS TUBULARES • Sem costura, obtidos por extrusão. • Com costura, soldados. • Para pilares, são utilizados em médios e grandes diâmetros, apresentando boa resistência a flambagem. • Para treliças planas e espaciais, são utilizados os de diâmetros menor. PROPRIEDADES MECÂNICAS • ELASTICIDADE: capacidade do material voltar ao comprimento inicial, após sucessivos ciclos de carregamento/descarregamento. • PLASTICIDADE: deformação permanente do material, provocada por tensão igual ou superior ao limite de escoamento. • DUCTILIDADE: capacidade do material se deformar, sobre, tensão, sem se romper. • FRAGILIDADE: é o rompimento do material sem que haja deformação. • TENACIDADE: capacidade do material absorver energia, com deformação elástica e plástica, quando submetido a carga de impacto. • RESILIÊNCIA: capacidade do material absorver energia, com deformação elástica, quando submetido a carga de impacto. • FADIGA: é a resistência a ruptura do material quando submetido a uma carga dinâmica. Normalmente, o valo da resistência a fadiga é inferior ao da resistência a tração. DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES GRÁFICO TENSÃO x DEFORMAÇÃO ESCOAMENTO DEFINIDO SEM ESCOAMENTO DEFINIDO AÇOS ESTRUTURAIS USADOS NO BRASIL • AÇOS CARBONO (média resistência mecânica) • Baixo carbono <=0,30% C • Médio carbono 0,30%< C < 0,50% • Alto carbono C > 0,50% CARACTERISTICAS E APLICAÇÕES NORMA E UTILIZAÇÃO AÇOS DE BAIXA LIGA (Média e alta resistência mecânica) (Resistência a corrosão atmosférica) São aços com adição de pequena quantidade de elementos como Cu, Cr, P, Si e outros, que desenvolvem um filme resistente a corrosão atmosférica. Devido a sua maior resistência mecânica, proporciona redução na espessura das estruturas. AÇOS RESISTENTES AO FOGO (Alta resistência mecânica) (resistente a corrosão atmosférica) São aços que evoluíram da família dos aços resistente a corrosão atmosférica. Recebem adição dos elementos Ni, Ti, Nb, Va e Mo. USI-FIRE 400 e USI-FIRE490 da USIMINAS. APLICAÇÃO DE PERFIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Cravação de Estacas • A cravação dos perfis são executadas com equipamentos de pequeno porte, como mostra a foto ao lado, a grande vantagem deste sistema é que podem fazer a execução da escavação com tirantes, e a escavação pode ser executada 100% antes de iniciar afundação, assim não ha a necessidade de deixar talude de solo para escavar depois da execução das lajes. Execução CONTENÇÃO Contenção de terrenos vizinhos • A contenção de terrenos vizinhos à obra podem ser feitos com a cravação de perfis de aço e preenchimento com placas pré-moldadas de concreto. Execução FILTRO DE DRENAGEM Objetivo • Para evitar a pressão direta, do solo saturado com a cortina de placas pré- moldadas, são utilizados filtros de drenagem que permitem a canalização da água do solo. Colocação do filtro ESCAVAÇÃO DE SAPATAS ESCAVAÇÃO DE TUBULÃO METRÔ – ESTAÇÃO BUTANTAN • Detalhe da estrutura de aço na cobertura da estação. METRÔ – ESTAÇÃO BUTANTAN • Na cobertura da estação foram utilizados perfis tubulares de aço como estrutura para o telhado. METRÔ – ESTAÇÃO BUTANTAN • Podemos verificar a utilização de perfil e aço tubular como estrutura para o telhado, neste terminal. • Ao fundo, observa-se a utilização de perfis de aço, também, como estrutura para o telhado. BIBLIOGRAFIA • Recomendamos as seguintes bibliografias, para aprofundamento no assunto: - Arquitetura do Ferro no Brasil – ed. Nobel (Geraldo Gomes da Silva) - Elementos para Projetos em Perfis de Aço – ed. Edgard Blucher – (Antônio Molitermo).
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