Aço material

Prévia do material em texto

4/5/2011
1
Prof. Fábio Henrique de Melo Ribeiro, Prof. Fábio Henrique de Melo Ribeiro, MScMSc..
Eng. Civil e Eng. Seg. Trab.Eng. Civil e Eng. Seg. Trab.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Os materiais metálicos são substâncias inorgânicas que contêm
um ou mais elementos metálicos e que também podem conter
alguns elementos não-metálicos.
Visando à melhoria das suas propriedades a maioria dos 
materiais metálicos são ligas metálicas.
As ligas metálicas são constituídas pela combinação química de 
dois ou mais elementos metálicos (como a liga cobre-zinco) ou
por um ou mais elementos metálicos combinados comum ou mais
elementos não-metálicos (como o aço, liga ferro-carbono)
Os metais e suas ligas podem ser divididos em duas
grandes classes: materiais metálicos ferrosos e não-
ferrosos.
Os ferrosos contêm uma percentagem elevada de ferro em
sua composição química, sendo este elemento o seu
principal constituinte (aços e ferros fundidos).
Os não-ferrosos não contêm ferro ou contêm o ferro apenas
em pequena quantidade (tais como o alumínio e o 
cobre,assim como as suas respectivas ligas)
As ligas ferrosas (principalmente os aços) contribuem com a 
grande parte da produção mundial de materiais metálicos, 
em função de uma combinação de boa resistência
mecânica, tenacidade e ductilidade, associadas a um custo
de produção relativamente baixo.
As ligas ferrosas possuem algumas limitações quando
comparadas com as ligas não ferrosas, incluindo
principalmente: massa específica relativamente alta, baixa
condutividade elétrica e susceptibilidade à corrosão em
alguns ambientes comuns.
4/5/2011
2
Aço (Acero, Steel)
O aço, como produto industrial, é uma liga ferro-carbono na qual se 
adicionam elementos de liga para conseguir propriedades especiais 
que o deixem em condições de uso dentro dos objetivos para o 
qual foi fabricado.
Os elementos de liga mais usuais são: cromo (Cr), níquel (Ni), 
tungstênio (W), vanádio (V), molibdênio (Mo), cobalto (Co), 
manganês (Mn), silício (Si), alumínio (Al), fósforo (P), enxofre (S), 
entre muitos outros.
MINÉRIO DE FERRO CARVÃO MINERAL
Energia térmica e química para 
redução do minério de ferro
Matéria-prima fundamental
2. Produção do 
Ferro-gusa
3. Produção do 
aço
4. Refinamento
lingotamento
5. Conformação
mecânica
1. Preparo das 
matérias primas
Etapas na 
Produção do
AÇO
4/5/2011
3
1. PREPARO INICIAL DAS MATÉRIAS-PRIMAS
CARVÃO MINERAL
COQUEIFICAÇÃO
Eliminação de impurezas.
Destilação do carvão (ausência 
de ar).
Liberação de substâncias voláteis
1300ºC
COQUE METALÚRGICO
MINÉRIO DE FERRO
SINTERIZAÇÃO
Aglutinação de finos de minério.
Elevados teores de finos 
dificultam a entrada de ar.
Adição de um fundente (finos de 
calcário ou areia silicosa e os 
finos de coque).
SÍNTER
2. PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA
REDUÇÃO INICIAL DO MINÉRIO DE FERRO EM UM ALTO FORNO.
CARBONO + OXIGÊNIO
(COQUE) (MINÉRIO)
REAÇÃO EXOTÉRMICA
SÍNTER + COQUE + FUNDENTE (Calcário)
2. PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA
CALOR E ÓXIDO DE CARBONO VÃO REDUZINDO O MINÉRIO DE 
FERRO, SENDO QUE O EXCESSO DE CARBONO CARBONATA O FERRO 
RESULTANTE.
GOTEJAMENTO DO FERRO NO CADINHO.
A ESCÓRIA (MAIS LEVE QUE O FERRO-GUSA) FLUTUA NO 
MATERIAL LÍQUIDO, SENDO FACILMENTE SEPARÁVEL.
1. FERRO-GUSA
2. ESCÓRIA DE ALTO FORNO
3. GASES
2. PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA
4/5/2011
4
ESCÓRIA DE ALTO-FORNO
FORMADO PRINCIPALMENTE POR ALUMINOSSILICATOS DE CÁLCIO
ESTRUTURA VÍTREA E ALTA REATIVIDADE
RESFRIAMENTO RÁPIDO - TANQUES DE GRANULAÇÃO
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO
3. PRODUÇÃO DO AÇO - ACIARIA
FERRO GUSA + SUCATAS DE AÇO OU FERRO FUNDIDO
ADIÇÃO DE FERRO-LIGAS PARA AJUSTE DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA
DESCARGA DA MATÉRIA-PRIMA PARA QUEIMA OU CALCINAÇÃO
FERRO GUSA � AÇO
3. PRODUÇÃO DO AÇO - ACIARIA 4. REFINAMENTO E LINGOTAMENTO
REFINAMENTO
Refinamento e ajuste de sua composição final � aço é levado a fornos 
menores.
Fornos elétricos � fornos panela
1600ºC
Ao final do período de refino amostras são enviadas para controle 
laboratorial.
Ferros-liga podem ser adicionados para enquadramento do produto 
final nos limites requeridos.
4/5/2011
5
4. REFINAMENTO E LINGOTAMENTO
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.
1200º C
As barras são cortadas em comprimentos de 
aproximadamente 15 metros.
4. REFINAMENTO E LINGOTAMENTO
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
LAMINAÇÃO A QUENTE
REAQUECIMENTO DAS BARRAS
SUBMISSÃO A UM ESFORÇO DE COMPRESSÃO LATERAL E 
POSTERIORMENTE DIAMETRAL
REDUÇÃO DE SEÇÃO TRANSVERSAL (TRANSFORMADA EM 
SEÇÃO CILÍNDRICA)
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
LAMINAÇÃO A QUENTE
CONTATO DO METAL QUENTE COM O MEIO AMBIENTE PROVOCA 
UMA OXIDAÇÃO SUPERFICIAL NA BARRA.
FORMAÇÃO DA CAMADA SUPERFICIAL DE ÓXIDOS –
“CAREPA DE LAMINAÇÃO”
A ESPESSURA DA CAREPA É PROPORCIONAL À VELOCIDADE DO 
RESFRIAMENTO.
NO CASO DO CA-50 O RESFRIAMENTO RECEBE AINDA A 
PRESENCA DE ÁGUA COM A CONSEQUENTE FORMAÇÃO DE UMA 
CAREPA DE ÓXIDOS DE COLORAÇÃO CINZA OU AZULADA.
4/5/2011
6
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA 5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
TREFILAÇÃO (AÇO CA-60)
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.
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
TREFILAÇÃO (AÇO CA-60)
ESTRUTURA ENCRUADA APRESENTA GRÃOS SEVERAMENTE 
DISTORCIDOS (INSTABILIDADE).
COM “ESTÍMULO” OS CRISTAIS TENDERÃO A SE REACOMODAR 
(TRATAMENTOS TÉRMICOS, COMO POR EXEMPLO RECOZIMENTO).
CARACTERÍSTICAS DA TREFILAÇÃO: 
AUMENTO DO LIMITE DE ESCOAMENTO E RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
REDUÇÃO DA DUCTILIDADE 
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
4/5/2011
7
CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS FERROSAS FABRICAÇÃO DE PERFIS
FABRICAÇÃO DE PERFIS USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
4/5/2011
8
USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
4/5/2011
9
USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
4/5/2011
10
FUNÇÃO DA ARMADURA
Resistir aos esforços de tração, jáque o concreto não 
possui esse tipo de resistência.
Compatibilidade Física
O aço e o concreto têm deformações próximas quanto 
às variações térmicas
Compatibilidade Química
O aço não é corroído estando no ambiente alcalino do 
concreto
4/5/2011
11
MONTAGEM
MONTAGEM TRELIÇAS
4/5/2011
12
TRELIÇAS TRELIÇAS
TELAS SOLDADAS STEEL DECK
4/5/2011
13
PROTENSÃO
Matéria-prima e fabricação
As cordoalhas e fios para concreto protendido têm sua 
origem em fio-máquina produzido com matéria prima 
especial, com baixíssimos níveis de impurezas.
Outra característica principal do aço para protensão que o 
destaca fundamentalmente dos demais aços destinados às 
estruturas deconcreto é a sua compsição química, onde o 
elemento mais diferente e elevado é o carbono, o qual 
confere ao aço inicialmente uma grande resistência.
Composição química (%): C – 0,80 a 0,85, Mn – 0,60 a 0,90, Cr 
– 0,18 a 0,30, P – 0,015 máx. e S – 0,012 máx.
PROTENSÃO
CORDOALHAS: 3 a 7 Fios
BAINHAS: Tubos de chapa galvanizada com costura e 
ondulações
ANCORAGENS
Blocos de aço com furos cônicos, cunhas e placas
PROTENSÃO
• Cordoalha engraxada e plastificada
Trazida para o Brasil em1997, tornou-se a razão da 
desmistificação da dificuldade de se fazer em obras 
protendidas: pela suasimplicidade de aplicação e 
praticidade do sistema de protensão, tornou viável a 
protensão leve de pequenas obras e vãos menores. 
É composta por cordoalha comum, que recebe camada 
de graxa protetora contra a corrosão e depois ganha 
uma capa plástica contínua (bainha plástica) em todo o 
seu comprimento.
PROTENSÃO
4/5/2011
14
PROTENSÃO PROTENSÃO
PROTENSÃO PROTENSÃO
4/5/2011
15
� CORROSÃO DAS ARMADURAS
�A corrosão da armadura é um problema crítico, que 
pode comprometer severamente a segurança e a 
capacidade de serviço das estruturas. 
� Deterioração dos materiais pela ação química ou 
eletroquímica do meio, podendo estar ou não 
associado a esforços mecânicos
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
� Na corrosão eletroquímica, os elétrons 
movimentam-se no aço, partindo das regiões 
anódicas para as catódicas, completando-se o 
circuito elétrico através do eletrólito que é uma 
solução iônica (HELENE, 1993).
� Este tipo de corrosão é resultado da falta de
uniformidade do aço, contato com metais menos
ativos, assim como também, das heterogeneidades
do meio químico ou físico que rodeia o aço.
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
4/5/2011
16
� O dano ao concreto provocado pela corrosão da 
armadura, pode se dar na forma de expansão, 
fissuração, destacamento do cobrimento de concerto 
e redução da seção transversal da armadura, 
podendo ocorrer o colapso estrutural.
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
AULA BASEADA NO LIVRO:
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL E 
PRINCÍPIOS DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS 
MATERIAIS (ISAÍA, G. C. (ED.)). SÃO PAULO: 
IBRACON. 2007.