Estruturas Metálicas e Madeiras - AULA 2

Prévia do material em texto

Estruturas Metálicas e de Madeiras 
PROFESSOR: THUYLON FARIAS GONÇALVES
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
O aço pode ser definido, de maneira sucinta, como uma liga metálica composta de ferro com pequenas quantidades de carbono, (0,008% a 2,11%) o que lhe confere propriedades específicas, sobretudo de resistência e ductilidade, adequadas ao uso na construção civil.
Minério de ferro + carvão mineral
Materiais não puros, encontrados na natureza, necessitando de preparo prévio.
Minério de Ferro – Sinterização
Carvão Mineral – Coque
Várias operações de transformações metalúrgicas e conformação mecânica realizadas nas siderurgias.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
4 etapas:
1 - na Coqueria o minério de carvão é transformado em coque siderúrgico e na Sinterização os finos de minério de ferro são aglutinados a fim de conferir-lhes granulometria adequada ao processo siderúrgico.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
4 etapas:
2 - Produção de gusa: coque, sínter e escorificantes são colocados na extremidade superior do Alto-forno; uma injeção de ar causa uma reação exotérmica que funde os materiais tendo como produto final principal o gusa liquido (material metálico ainda rico em carbono) e como produto secundário escória de alto-forno, que pode ser aproveitada na fabricação de cimento.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
4 etapas:
2 - Produção de gusa
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
4 etapas:
3 - Produção de aço: na Aciaria, a retirada de carbono do gusa, por meio de injeção de oxigênio puro, o transforma em aço líquido que, em seguida “escorrega” através da máquina do Lingotamento Continuo onde é resfriado e transformado em placas ou tarugos.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
4 etapas:
3 - Produção de aço
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROCESSO PRODUTIVO
4 etapas:
4 - Conformação mecânica: as placas ou tarugos, por meio de compressão entre cilindros metálicos na Laminação, são transformados em chapas ou perfis laminados.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Aço – liga metálica – ferro + carbono
Outros elementos na composição, do processo ou adicionados propositalmente
Alteração de propriedades
Relacionadas com as aplicações dos aços estruturais.
Carbono é o principal elemento para o aumento da resistência dos aços estruturais.
O aumento de 0,01% eleva o limite de escoamento em torno de 3,5 MPa
Porem o aumento de carbono torno o material mais suscetível à fratura frágil reduzindo a ductilidade e soldabilidade.
Teor máximo de 0,30%.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Elementos presentes no aço:
Manganês (Mn) – encontra-se em todo aço estrutural, elevando a resistência mecânica, a fadiga, a fratura frágil e a corrosão, além de impedir o envelhecimento. Entretanto reduz a soldabilidade.
Silício ( Si) – Eleva a resistência mecânica e a fratura frágil, reduzindo a ductilidade e a soldabilidade.
Fósforo (P) – Eleva a resistência mecânica e a fadiga, mas diminui a ductilidade e a soldabilidade.
Enxofre (S) – Fragilidade à temperatura elevada
Cobre (Cu) – Eleva a resistência à corrosão, a resistência mecânica e a resistência a fadiga, causando pouco efeito na soldabilidade.
Molibdênio (Mo) – Eleva a resistência mecânica, dureza e resistência a corrosão.
Vanádio (V) – Eleva a resistência mecânica e melhora o comportamento a fluência.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Elementos presentes no aço:
Nióbio (Ni) – eleva a resistência mecânica, sendo muito comum em aços de baixa liga
Cromo (Cr) – eleva a resistência mecânica e a resistência à corrosão, reduzindo a soldabilidade e a ductilidade.
Níquel (Ni) – eleva a resistência mecânica e a resistência à corrosão, reduzindo a soldabilidade e a ductilidade.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Classificação
Aços Carbono
Baixo teor – C < 0,3% - grande ductilidade. Construções.
Médio teor – 0,3 < C < 0,7% - engrenagens, bielas.
Alto teor – C > 0,7% - elevada dureza após tempera. Molas, engrenagens, componentes agrícolas sujeito a desgaste, pequenas ferramentas.
Aços estruturais possuem em sua liga teores de carbono variando entre 0,15% a 0,29% e manganês em porcentagem máxima de 1,65%.
Outros elementos também podem aparecer em função do processo de produção.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Classificação
Aços Carbono
	Produto	Norma	Classe	fy (MPa)	fu (MPa)	ASTM Equi
	Perfis	7007	MR 250	250	400	A36
	Chapa	6648
6649	CG-26
CF-26	255
260	410
400	A36
	Tubos 	8261
8261
8261
8261	B
B
C
C	290
317
317
345	400
400
427
427	A500 GR-B
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Classificação
Aços de Alta Resistência e Baixa Liga
Além dos elementos anteriores, são adicionados propositalmente alguns elementos a fim de melhorar a resistência mecânica e a resistência a corrosão.
Nióbio, Cromo, Níquel, Cobre, Vanádio
com teor de carbono da ordem 0,20%. Estas adições garantem ao aço a elevação da sua resistência mecânica, permitindo ainda, uma boa soldabilidade.
Em combinações adequadas, os elementos de liga adicionados promovem ao aço melhoras na sua ductilidade, tenacidade, soldabilidade, resistência à abrasão e a corrosão.
O elemento cobre, é o responsável pela criação de uma camada de óxido compacta e aderente que dificulta a corrosão do aço. Esta proteção é desenvolvida quando a superfície metálica é exposta a ciclos alternados de molhamento (chuva, nevoeiro, umidade) e secagem (sol, vento).
Esses tipos de aço resistentes à corrosão atmosférica são denominados patináveis.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Classificação
Aços de Alta Resistência e Baixa Liga
	Produto	Norma	Classe	fy (MPa)	fu (MPa)	ASTM Equi
	Perfis	7007
7007
7007	AR 350
AR 350 COR
AR 415	350
350
415	450
485
520	A572 GR-50
A242
A572 GR-60
	Chapa	5000
5000
5004
5008
5920/5921	G-30
G-35
F-35/Q-35
CGR
CFR	300
345
340
250-370
250-370	415
450
450
380-490
380-490	A572 GR-42
A572 GR-50
A572 GR-50
A588
A588
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
Classificação
Aços de Alta Resistência tratados termicamente
Os aços de alta resistência e baixa liga com tratamento térmico são aqueles, que além de possuírem em sua constituição os elementos de liga com teor inferior a 2%, recebem um tratamento térmico especial, posterior à laminação, necessário a adquirirem alta resistência mecânica (fy > 300 MPa). Sua aplicação está restrita a tanques, vasos de pressão, dutos forçados, ou onde os elevados esforços justifiquem economicamente sua utilização.
fy 550 MPa a 760 MPa
PROPRIEDADES DOS AÇOS
AÇOS ESTRUTURAIS
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Chapas
São laminados planos assim denominados quando uma das dimensões (espessura) é muito menor que as demais. Sua especificação, de acordo com a norma, é através das letras CH seguida da espessura (mm) e o tipo de aço empregado.
Chapas são produtos planos laminados de aço com largura superior a 500 mm. São classificadas como chapas grossas (espessura superior a 5 mm) e chapas finas (espessura inferior ou igual a 5mm)
Podem ser produzidas em placas ou bobinas.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Chapas
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Barras
Quando o diâmetro é muito menor que o seu comprimento. Sua especificação é através do símbolo Ø seguido do diâmetro da barra em mm. As barras que possuem seção transversal redondas são geralmente empregas nas estruturas metálicas como tirantes, contraventamentos e chumbadores.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis
Assim como as barras, possuem uma dimensão (comprimento) bem superior as demais (seção transversal).
Podemos ter Perfis Laminados, Perfis Soldados e Perfis de Chapas Dobradas.
Perfis Laminados: Peças que apresentam grande eficiência estrutural podendo ser encontradas sob diversas geometrias. Em formato I, H, U ou L.
Perfis Soldados: São elementos que surgiram de forma a suprirem as limitações impostas pelos perfis laminados tipo I. Podendo ser encontrados sob diversas geometrias, como H, I, L.
Perfis de Chapas Dobradas: São perfis formados a frio, padronizados sob as formas L, U,UE, Z, ZE. Porém, oferecem grande liberdade de criação ao projetista. O seu dobramento deve obedecer a raios mínimos (não muito pequenos) evitando a formação de fissuras nestes pontos.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis Laminados
Formatos I e H fabricados no Brasil seguem o padrão de nomenclatura e dimensões adotados nos Estados Unidos
Perfil I: Série chamada de Standard Shape (S), possuindo superfícies internas das abas (mesas) inclinadas e estreitas. Esta série é normalmente empregada em vigas.
Perfil W: série chamada de Wide Flange Shape, possuindo superfícies internas das abas (mesas) paralelas e largas. Esta série é normalmente empregada em vigas ou pilares.
Perfil HP: série chamada H-Pile, possuindo superfícies internas das abas (mesas) paralelas e largas. Esta série é normalmente empregada em vigas pesadas ou pilares.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis Laminados
A designação dos perfis é: a série seguida da altura e da massa por unidade de comprimento. 
Por exemplo: W 310 x 44,5, possui 310 mm de altura e uma massa de 44,5 Kg/m.
O aço geralmente utilizado na fabricação desses perfis é o ASTM A 572 Gr 50, com fy = 345 MPa e fu = 450 MPa.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis Laminados
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis Soldados
Perfil soldado é o perfil constituído por chapas de aço estrutural, unidas entre si por soldagem a arco elétrico. 
Os perfis soldados são largamente empregados na construção de estruturas de aço, em face da grande versatilidade de combinações possíveis de espessuras, alturas e larguras, levando à redução do peso da estrutura, comparativamente aos perfis laminados disponíveis no mercado brasileiro. 
O custo para a fabricação dos perfis soldados, no entanto, é maior do que para a laminação dos perfis laminados.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis Soldados
A norma ABNT NBR 5884:2013 - "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. 
São classificados em série simétrica e monossimétrica.
Série simétrica é a série composta por perfis que apresentam simetria na sua seção transversal em relação aos eixos X-X e Y-Y, A série simétrica é dividida em:
- Série CS, formada por perfis soldados tipo pilar, com relação d/bf = 1
- Série CVS, formada por perfis soldados tipo viga-pilar, com relação 1 < d/bf < 1,5
- Série VS, formada por perfis soldados tipo viga, com relação 1,5 < d/bf < 4
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis Soldados
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis de Chapas Dobradas
Perfis formados a frio são perfis conformados a partir do dobramento a frio de chapas. Esse dobramento pode ser feito de forma contínua ou descontínua. 
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. A matriz da dobradeira é prensada contra a chapa de aço, obrigando-a a formar uma dobra. Várias operações similares a essa, sobre a mesma chapa, fornecem à seção do perfil a geometria exigida no projeto. O comprimento do perfil está limitado à largura da prensa.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis de Chapas Dobradas
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis de Chapas Dobradas
A Norma ABNT NBR 6355:2012 – “Perfis Estruturais de Aço Formados a Frio”, padroniza uma série de perfis formados com chapas de espessuras entre 1,50 mm a 4,75 mm, indicando suas características geométricas, pesos e tolerâncias de fabricação.
A nomenclatura dos perfis também é padronizada. A designação dos nomes é feita da seguinte forma: tipo do perfil x dimensões dos lados x espessura, todas as dimensões são dadas em mm.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis de Chapas Dobradas – Perfis padronizados NBR 6355:2012
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis de Chapas Dobradas – Perfis padronizados NBR 6355:2012
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PRODUTOS
Perfis de Chapas Dobradas – Perfis padronizados NBR 6355:2012
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Aços estruturais são adequados para suportar cargas devido principalmente a sua ductilidade e a resistência.
As propriedades mecânicas dos aços são determinadas através de ensaios, sendo o principal o ensaio de tração.
Diagrama TensãoXDeformação
Tensão é igual a Força dividido pela área.
Deformação é determinada como a variação de comprimento dividido pelo comprimento original.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Duas fases distintas, fase elástica e a fase plástica.
A fase elástica é compreendida pela fase onde o material obedece a LEI DE HOOKE, ou seja, existe uma relação linear entre as tensões e deformações.
O ponto final da fase elástica coincide com o início do escoamento, isso quer dizer que após esse ponto, o material já não obedece mais a linearidade das tensões com as deformações, as deformações ocorridas a partir deste ponto são irreversíveis.
Durante a fase elástica, se descarregarmos a força, o material retorna ao seu estado de início de dimensões.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
A fase plástica inicia ao final da fase elástica, entrando a partir da tensão de escoamento fy, no patamar de escoamento, onde o material mantem praticamente constante o valor da tensão, ao passo que a deformação aumenta consideravelmente.
nesta fase se o corpo de prova for descarregado, o caminho será uma reta paralela ao trecho linear da fase elástica, partindo do ponto de descarga, resultando em uma deformação permanente.
Dentro da fase plástica, temos ao final do ensaio, a fase de encruamento, onde a tensão volta a aumentar, porém com uma inclinação inferior a fase elástica.
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
A região de encruamento não tem importância prática para projeto, a não ser identificar qual valor da tensão que leva o material a ruptura, chamado de tensão de ruptura fu.
Após esse valor, uma rápida redução da seção transversal do corpo de prova passa a ser observada, em um fenômeno conhecido como estricção.
No diagrama, a estricção pode ser observada pela queda no valor da tensão após atingir o seu ponto máximo, até o rompimento do material
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Diagrama TensãoXDeformação
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Diagrama TensãoXDeformação simplificado
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Símbolos
fy - Tensão de escoamento – depende do material
fu - Tensão de ruptura – depende do material
E - Módulo de Elasticidade – 200 Gpa ou 200000 MPa
- Deformação específica – depende do material
 - Peso específico - 7850 kg/m³ ou 78,5 kN/m³
G - Módulo de Elasticidade Transversal G – 77000 MPa
va - Coeficiente de Poison – 0,3
 - coeficiente de dilatação térmica – 12 x 10-6 °C-1
PROPRIEDADES DOS AÇOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Ductilidade – capacidade de se deformar sob ação de cargas.
Fragilidade – oposto da ductilidade. Rompe sem mostrar deformação.
Resiliência – capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico.
Tenacidade – capacidade de absorver energia mecânica com deformações elásticas e plásticas.
Dureza – resistência ao risco e abrasão. 
Fadiga – resistência a ruptura dos materiais. Importante no dimensionamento de elementos que sofrem ações dinâmicas.