Aço Estrutural

Clereston Melo

Filipe Pereira

Gizelle Cruz

Victor Leal

Vitor Cruz

O que é o aço?

• O aço é a mais versátil e mais importante das ligas metálicas, sendo composto basicamente por ferro e carbono, com a participação do carbono estando entre 0,03% e 2,00% nessa liga, o que lhe confere maior ductilidade, permitindo que não se quebre quando é dobrado para a execução das armaduras, por exemplo.

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O que é o aço?

Para que serve?

Por que utilizar o aço?

Quais são os tipos de aço?

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O que é o aço?

• A história do aço remonta há 4500 anos, quando o ferro usado pelo homem era encontrado in natura. Porém, somente em 1856 foi que se descobriu como produzir o aço, sendo este mais resistente que o ferro fundido e podendo ser produzido em larga escala.

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Para que serve?

• O aço possui diversas utilizações nas mais variadas indústrias. Na construção civil, ele é utilizado em estruturas metálicas desde o século XVIII, e possibilitou aos arquitetos, engenheiros e construtores soluções arrojadas, eficientes e de alta qualidade.

Ponte Ironbridge, Inglaterra.

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Para que serve?

• A utilização do aço vai desde perfis estruturais, parafusos, tubos até diversos outros elementos importantes na área da engenharia civil.

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Por que utilizar o aço?

• Quanto ao sistema construtivo, o aço apresenta vantagens significativas em relação aos sistemas convencionais, como as listadas a seguir: ▫ Liberdade no projeto; ▫ Maior área útil; ▫ Flexibilidade; ▫ Compatibilidade com outros

materiais; ▫ Menor prazo de execução; ▫ Alivio de cargas nas fundações; ▫ Organização no canteiro de

obras; ▫ Reciclabilidade.

• O aço também é utilizado em estruturas de concreto.

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Quais são os tipos de aço?

• Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços e cerca de 75% deles foram desenvolvidos nos últimos 20 anos. Isso mostra a grande evolução que o setor tem experimentado.

• Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de média e alta resistência mecânica. Dentre os aços estruturais existentes atualmente, o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36, que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica. Entretanto, a tendência moderna no sentido de se utilizar estruturas cada vez maiores tem levado os engenheiros, projetistas e construtores a utilizar aços de maior resistência, os chamados aços de alta resistência e baixa liga, de modo a evitar estruturas cada vez mais pesadas.

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Etapas de produção

Fluxo simplificado

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Produção do aço

• Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina.

• O carbono é também relativamente abundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na siderurgia, usa-se carvão mineral, e em alguns casos, o carvão vegetal.

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Produção do aço

• O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500º Celsius) necessárias à fusão do minério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno.

• Antes de serem levados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente preparados para melhoria do rendimento e economia do processo.

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Produção do aço

• Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque.

• O produto resultante é chamado de sinter. • O carvão é processado na coqueria e transforma-

se em coque. • No processo de redução, o ferro se liquefaz e é

chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de cimento.

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Produção do aço

• 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.

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Produção do aço

• A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.

• 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.

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Produção do aço

• Finalmente, a terceira fase clássica do processo de fabricação do aço é a laminação. O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras etc.

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Formas de aço estrutural

Normas associadas

Classificações

Comparações entre os aços

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Formas de aço estrutural

• Esses aços que, devido a propriedades singulares, podem suportar cargas são encontrados nas seguintes formas:

▫ Chapas

▫ Perfis laminados

▫ Tubos

▫ Barras

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Formas de aço estrutural

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Normas associadas

• Existem várias normas nacionais e estrangeiras que especificam os aços utilizados no Brasil.

• A função dessas é estabelecer requisitos para o aço.

• Para que o aço se enquadre em uma denominação da ASTM, por exemplo, ele deve possuir as características tanto físicas quanto químicas especificadas na norma americana.

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Classificação do aço estrutural

• Os aços estruturais podem ser inseridos em três grupos:

▫ Aço comum com baixo teor de carbono

Ex: ASTM A36

▫ Aço com baixo teor de carbono, alta resistência e baixa liga

Ex: ASTM A572 G50

▫ Aço com baixo teor de carbono, alta resistência e baixa liga (resistência a corrosão atmosférica)

Ex : ASTM A588 “Aços patináveis”

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Classificação do aço estrutural

• Os aços de alta resistência e baixa liga são utilizados toda vez que se deseja: ▫ Aumentar a resistência mecânica permitindo um

acréscimo da carga unitária da estrutura ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, ou seja, o emprego de seções mais leves;

▫ Melhorar a resistência à corrosão atmosférica; ▫ Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga; ▫ Elevar a relação do limite de escoamento para o limite

de resistência à tração, sem perda apreciável da ductilidade.

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Classificação do aço estrutural

• Aços patináveis

Ex: ASTM A242, ASTM A588, ASTM A709

• Devido à presença de alguns elementos de liga nesse aço, ao entrar em contato com oxigênio a superfície é coberta por uma película chamada pátina que impede a corrosão deste material.

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Comparativo entre os aços

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Aplicações

Vantagens e desvantagens

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Aplicações do aço estrutural

• O aço estrutural é muito versátil na construção civil, podendo ser aplicado de várias formas e em diferentes edificações, tais como em: ▫ Pontes, viadutos, passarelas; ▫ Edifícios residenciais e comerciais; ▫ Galpões industriais, agrícolas e comerciais; ▫ Shopping Centers; ▫ Supermercados; ▫ Aeroportos; ▫ Terminais rodoviários e ferroviários; ▫ Reformas e ampliações; ▫ Plataformas offshore; ▫ Postes e torres de transmissão; ▫ Painéis e outdoors.

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Aplicações do aço estrutural

Ponte Helix, Cingapura. Plataforma de Mars, Golfo do México.

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Aplicações do aço estrutural

Passarela de acesso ao metrô, Rio de Janeiro. Estação Cidade Nova, Rio de Janeiro.

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Vantagens e desvantagens do uso

• Vantagens: já é solicitado com a exatidão do projeto; a velocidade da construção é bem maior do que quando realizado com concreto; soldabilidade e fácil corte.

• Desvantagens: necessidade de uma equipe técnica qualificada, a fim de evitar erros que atrapalhem posteriormente a obra; corrosão, principalmente em áreas litorâneas, onde se faz necessário um tratamento preventivo e um cuidado permanente com os perfis metálicos utilizados nos sistema.

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O que são conectores?

Quais são os tipos de conectores?

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O que são conectores?

• São os principais elementos de conexão entre estruturas de aço e estruturas de concreto.

• Os conectores são responsáveis pelo comportamento das estruturas mistas (aço e concreto juntos, formando uma única seção resistente) e estruturas híbridas (aço e concreto juntos, mas com comportamentos independentes).

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Quais os tipos de conectores?

• Os conectores podem ser dos seguintes tipos:

▫ Chumbadores;

▫ Parafusos;

▫ Eletrodos e arames de solda.

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Quais são os tipos de conectores?

• Com a finalidade de fixar placas de base de aço às fundações de concreto, os chumbadores são formados por barras de aços ASTM A36 (2008) e SAE J403/1020 (2009).

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Quais são os tipos de conectores?

• As ligações parafusadas são empregadas nas ligações de partes da estrutura e nas montagens finais de campo.

• No Brasil, os parafusos vieram substituir os rebites que foram utilizados no Brasil até 1969.

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Quais são os tipos de conectores?

• A soldagem é o processo de junção de duas partes metálicas, utilizando uma fonte de calor, com ou sem aplicação de pressão. É um dos processos industriais mais importantes sendo utilizado na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas.

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Quais são os tipos de conectores?

• Para cada tipo de aço, existe um metal de solda compatível.

• Em relação às soldas de filetes, estas são mais simples, pois não exigem a utilização de chanfros e podem ser executadas manualmente com eletrodos revestidos.

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