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Robson Ribeiro da Costa UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa IICCEETT EEssttrruuttuurraass MMeettáálliiccaass EEMMMMEE NNOOTTAASS DDEE AAUULLAA –– 0011 AAÇÇOO 1 Robson Ribeiro da Costa Sumário: 1. HISTÓRICO DO AÇO .......................................................................................................................................... 2 2. PROCESSO SIDERÚRGICO .............................................................................................................................. 4 2.1. Aço .............................................................................................................................................................. 4 3. Tipos de Aço ...................................................................................................................................................... 7 3.1.1. Aço e seus produtos ............................................................................................................................................... 8 3.1.2. Propriedades do Aço ............................................................................................................................................ 17 3.1.3. Produtos Siderúrgicos .......................................................................................................................................... 20 3.2. Designação dos perfis ...............................................................................................................................21 3.2.1. Produtos Metalúrgicos ......................................................................................................................................... 22 2 Robson Ribeiro da Costa 1. HISTÓRICO DO AÇO Os primeiros usos do ferro aconteceram, aproximadamente, 8.000 anos atrás, em civilizações como as do Egito, da Babilônia e da Índia. Estas civilizações utilizavam o ferro como adorno em construções ou com fins militares. O uso do ferro em escala industrial só aconteceu em meados do século XIX, fato ocorrido graças à Revolução Industrial na Inglaterra, França e Alemanha. A primeira obra importante construída em ferro fundido foi a ponte sobre o rio Severn, em Coalbrokdale, na Inglaterra, em 1779. Figura 1.1 – Ponte Coalbrokdale As aplicações em Edifícios tiveram 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. No Brasil a ponte sobre o Rio Paraíba do Sul, no Estado do Rio de Janeiro, em 1857, foi construída em ferro fundido. Os vãos de 30 metros são vencidos por arcos atirantados, sendo os arcos constituídos de peças de ferro fundido montadas por encaixe e os tirantes em ferro forjado. 3 Robson Ribeiro da Costa Figura 1.2– Ponte sobre o Rio Paraíba do Sul O aço já era conhecido desde a Antiguidade, mas não estava disponível a preços competitivos, por falta de um processo de fabricação industrial. Em 1856, o inglês Henry Bessemer inventou um forno que permitiu a produção em larga em escala. Duas obras típicas da época: Figura 1.3–Viaduc de Garabit - 1884 4 Robson Ribeiro da Costa Figura 1.4–Estação Ferroviária Quai d’Orsay – Paris – 1900. O uso do aço no Brasil está diretamente ligado com a história do país. Na primeira fase de seu uso, em fins do século XIX, o Brasil ainda não tinha indústrias siderúrgicas; deste modo, importavam-se grandes quantidades de componentes de ferrovias, com suas estações e pontes, da Inglaterra. A segunda fase surgiu entre as duas guerras mundiais; em consequência da paralisação de importações tornou-se imperativo iniciar o processo de criação e desenvolvimento de empresas que ainda formam o 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. 2. PROCESSO SIDERÚRGICO É o processo de obtenção do aço, desde a chegada do minério de ferro até o produto final a ser utilizado no mercado, em diferentes setores; 2.1. Aço Liga metálica composta principalmente de ferro e carbono O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: 5 Robson Ribeiro da Costa 1. Preparação da carga 2. Redução 3. Refino 4. Laminação http://www.youtube.com/user/canaltkcsa?feature=watch 1. Preparação da carga O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque. Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque. O produto resultante é chamado de sinter. 2. Redução Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno. O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa. O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado. 3. Refino Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido. Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com impurezas. A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos. 6 Robson Ribeiro da Costa 4. Laminação Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química. 7 Robson Ribeiro da Costa 3. Tipos de Aço Segundo a composição química, os aços utilizados são divididos em 2 grupos: Aço- carbono: liga metálica composta basicamente de ferro e carbono, com adição de outros elementos (silício, manganês, fósforo e etc.) que melhoram determinadas propriedades. Aço-liga: são aço-carbono acrescidos de elementos de liga que melhoram algumas propriedades mecânicas como cromo (endurecimento), cobre (corrosão), manganês (resistência mecânica), níquel (dureza) etc. 8 Robson Ribeiro da Costa 3.1.1. Aço e seus produtos 9 Robson Ribeiro da Costa 10 Robson Ribeiro da Costa 11 Robson Ribeiro da Costa 12 Robson Ribeiro da Costa 13 Robson Ribeiro da Costa Para os procedimentos de dimensionamento, a NBR 8800(Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios), exige aços estruturais com fy < 450MPa e possuir a relação fu/fy > 1,18. 14 Robson Ribeiro da Costa Tabela A.1 – NBR8800 15 Robson Ribeiro da Costa Tabela A.2 – NBR880016 Robson Ribeiro da Costa Tabela A.3 NBR8800 Tabela A.4 NBR8800 17 Robson Ribeiro da Costa 3.1.2. Propriedades do Aço DUCTILIDADE: é a capacidade do material se deformar sob a ação de cargas. Quando existe a aplicação de elevadas tensões locais o aço se deforma plasticamente redistribuindo as tensões. Este comportamento plástico permite que se considere em uma ligação parafusada uma distribuição uniforme de cargas. Além deste efeito local, a ductilidade tem grande importância pois, conduz a mecanismos de ruptura acompanhados de grandes deformações que fornecem avisos da atuação de cargas elevadas antes de romperem. FRAGILIDADE: é o oposto da ductilidade; em certas condições os aços se tornam frágeis, pela ação de diversos agentes (baixas temperaturas ambientes, efeitos térmicos locais causados por soldas elétricas). Estas condições tem que ser evitadas ou verificadas com especial atenção, pois materiais frágeis rompem sem aviso prévio. Dezenas de acidentes em pontes e em navios ocorreram pela fragilidade do aço, decorrente de processos de soldagem inadequados. O comportamento frágil é analisado sob dois aspectos: iniciação da fratura e sua propagação. A iniciação acontece quando a tensão ou deformação unitária elevada surge em um ponto onde o material perdeu a ductilidade. Estas tensões elevadas podem surgir de tensões residuais, concentração de tensões, efeitos dinâmicos, etc. A falta de ductilidade pode acontecer de efeitos de temperaturas baixas, estado triaxial de tensões, efeito de encruamento, fragilização por hidrogênio,etc. Uma vez começada, a fratura irá se propagar pelo material mesmo sob efeito de tensões moderadas. RESILIÊNCIA: é a capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico. TENACIDADE: é a capacidade de absorver energia mecânica com deformações elásticas e plásticas. É representada pela área total do diagrama x . Um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil requer maior quantidade de energia para ser rompido, portanto, mais tenaz. 18 Robson Ribeiro da Costa DUREZA: é a resistência ao risco e abrasão. Pode ser medido pelos processos Brinnel, Rockwell, Shore. É importante para verificar a resistência do aço. FADIGA: quando submetidos a ciclos de carregamento e descarregamento o aço, bem como, outros materiais, pode romper com tensões menores que as suas resistências nominais. O anexo K da NBR 8800 trata sobre este assunto. TEMPERATURA ELEVADA: temperaturas elevadas modificam as propriedades físicas do aço. As temperaturas acima de 1000C, tendem a eliminar o limite de escoamento bem definido, tornando o diagrama x arredondado. As temperaturas elevadas também minoram as resistências ao escoamento fy e ruptura fu, bem como, o módulo de elasticidade E. Temperaturas acima de 250 a 3000C, provocam fluência nos aços. A NBR 8800 remete à NBR 14323, para o dimensionamento em situações de incêndio. Corrosão: O processo de corrosão compromete a resistência da estrutura pela redução da seção útil dos perfis estruturais. O anexo N da NBR 8800 fornece informações gerais sobre o processo de corrosão e indica alguns procedimentos preventivos. 19 Robson Ribeiro da Costa 20 Robson Ribeiro da Costa 3.1.3. Produtos Siderúrgicos 21 Robson Ribeiro da Costa 3.2. Designação dos perfis 22 Robson Ribeiro da Costa 3.2.1. Produtos Metalúrgicos 23 Robson Ribeiro da Costa 24 Robson Ribeiro da Costa 25 Robson Ribeiro da Costa 26 Robson Ribeiro da Costa 27 Robson Ribeiro da Costa 28 Robson Ribeiro da Costa 29 Robson Ribeiro da Costa
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