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Engenharia Civil ·
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AÇOS Lauri Anderson Lenz Aços 2 1 INTRODUÇÃO Com as privatizações de empresas no setor siderúrgico o Brasil adotou novas políticas para atender ao mercado da construção civil industrializado e o aço ganhou um espaço ainda maior no mercado brasileiro Os metais são um grupo de materiais muito importantes na construção civil devido às suas propriedades e diversos empregos A sua importância durante a história do homem é tanta que as próprias divisões de tempo possuem seus nomes como a Idade da Pedra e a Idade do Bronze Desde essa época o homem utilizava o forno para fundir os metais e tornálos ferramentas para dominar animais e trabalhar na agricultura Os metais podem ser definidos como substâncias inorgânicas compostas por um ou mais elementos metálicos em sua composição possuem uma estrutura cristalina na qual os átomos estão organizados de forma ordenada o que lhe proporciona propriedades como bons condutores térmicos e elétricos boa resistência mecânica ductilidade e capacidade de permanecer resistente em altas temperaturas Ligas metálicas consistem na mistura homogênea de dois ou mais metais formando um determinado elemento De modo geral as ligas apresentam propriedades mecânicas e tecnológicas melhores que apenas um determinado metal A exemplo temos o aço ferro e carbono aço inoxidável ferro cromo e níquel bronze cobre e estanho latão cobre e zinco solda chumbo e estanho etc 12 PROPRIEDADES DOS METAIS As principais propriedades dos metais relevantes para a construção civil são Densidade normalmente são densos e possuem densidade elevada que varia de metal para metal mas em geral seu valor está entre 256 e 1145 gcm³ Condutibilidade elétrica os metais são bons condutores elétricos inclusive o cobre e o alumínio são utilizados tradicionalmente para fios e cabos de transmissão de energia Condução de calor devido à presença de elétrons livres que são dotados de movimento os metais são também bons condutores térmicos Aços 3 Resistência à tração normalmente são muito resistentes às forças de tração devido à forte ligação metálica que os torna difíceis de romper Isso explica por exemplo sua utilização no concreto armado uma vez que o aço é utilizado devido à baixa resistência aos esforços de tração do concreto que tem alta resistência à compressão formando uma excelente combinação para ser aplicada em estruturas Ductibilidade essa propriedade consiste na capacidade de um material em sofrer deformação plástica em contraposição com a deformação elástica Os metais são muito dúcteis podem ser estriados em fios laminados em folhas finas e martelados sem se partirem Maleabilidade permite que os corpos sejam moldados e deformados sem que se rompam Os metais apresentam alta maleabilidade facilitada com o aumento de temperatura Corrosão e oxidação um dos piores vilões da vida útil dos materiais metálicos além da fadiga são a corrosão e a oxidação A corrosão pode ser definida pela ação química e eletroquímica a que os metais são expostos Dessa forma alguns cuidados devem ser tomados e prevenidos dependendo do ambiente em que o metal está aplicado 13 MATERIAIS METÁLICOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Existem diversos materiais metálicos utilizados na construção civil A seguir abordaremos alguns deles suas características e principais aplicações 131 Alumínio O alumínio está entre os metais mais utilizados no mundo Seu principal minério é a bauxita e foi encontrado pela primeira vez na França em 1821 Seu peso específico varia de 256 a 270 gm³ é um bom condutor térmico e elétrico e tem boa resistência à corrosão é um metal leve com baixa densidade na construção civil é utilizado em fios cabos elétricos revestimentos coberturas guarnições arremates esquadrias portas e janelas conforme ilustrado na Figura 01 Formas de apresentação Laminados lâminas ou chapas Extrusados barras fios e perfis Aços 4 Figura 01 Barras perfis e esquadrias de alumínio Fonte httpwwwometalicacombrocobreesuasaplicacoes 132 Cobre O cobre é um metal que vem sendo utilizado desde o homem pré histórico Ao se fundir com o estanho resulta em uma liga metálica extremamente dura e resistente o bronze São utilizados em todos os tipos de indústria inclusive na construção civil em tubulações painéis solares fios e cabos elétricos conforme ilustrado na Figura 02 Apresenta densidade em torno de 88 gm³ é um material resistente e versátil que pode ser utilizado em diversos moldes é um metal que tem bom custo benefício boa resistência à corrosão e eficiência energética Figura 02 Aplicações do cobre na construção civil tubulações painéis solares e fios elétricos Fonte httpwwwometalicacombrocobreesuasaplicacoes 133 Zinco e latão O zinco é utilizado principalmente para coberturas e revestimentos através de chapas lisas ou onduladas em calhas e condutores Também é empregado em tintas Já o latão é uma liga de cobre e zinco pode variar de 95 a 60 de cobre e 5 a 40 de zinco de grande uso na construção como em torneiras tubos conexões e fechaduras A Figura 315 ilustra alguns exemplos de aplicação do zinco e do latão na construção civil Aços 5 Figura 03 Chapa de zinco e conexões de latão Fonte DIAS 1998 134 Ferro O ferro é o metal de maior utilização na construção civil De acordo com o teor de carbono em sua composição ele pode formar as seguintes ligas aço forjado ou doce menos 02 de carbono aço entre 02 a 2 de carbono ferro fundido entre 2 e 6 de carbono 1341 Aço Extração e obtenção do aço O metal pode ser obtido através da extração em jazidas mineração é encontrado na natureza juntamente com impurezas por isso recebe o nome de minério Após o processo de metalurgia os metais são separados No caso do aço a siderurgia é a atividade responsável pela transformação do minério de ferro em aço A obtenção do aço decorre de uma série de operações de transformação metalúrgica e de conformação mecânica Em síntese podese dividir sua produção em cinco grandes etapas a saber DIAS 1998 preparo das matériasprimas coqueria e sinterização produção do ferrogusa altoforno produção do aço aciaria refinamento e lingotamento e conformação mecânica laminação e trefilação A Figura 04 ilustra esquematicamente os processos para produção do aço e nos itens a seguir apresentase uma descrição sumária de cada etapa Aços 6 Figura 04 Etapas básicas para produção do aço Fonte DIAS 1998 Obtenção do Ferrogussa O ferro é aquecido em altos fornos fornos especiais com carbono e outros materiais O produto desse aquecimento é chamado ferrogusa que contém cerca de 35 a 4 de carbono O ferrogusa é um produto primário no ciclo da produção do aço sendo oriundo da redução inicial do minério de ferro em um altoforno Esta redução é resultante da combinação do carbono presente no coque com o oxigênio do minério em uma reação exotérmica Em proporções adequadas conforme se vê na Figura 05 são adicionadas quantidades de minério na forma de sínter coque ou carvão vegetal e um fundente em geral o calcário Como o fundente tem ponto de fusão mais baixo ele corresponde inicialmente à fase líquida da mistura e se destina portanto a fluidificar as impurezas e formar uma escória mais fusível COLPAERT 1974 Figura 05 Proporção em massa do que entra e sai de um altoforno Fonte Colpaert 1974 Aços 7 Dessa forma obtêmse três produtos básicos o material líquido o então chamado ferrogusa a escória de altoforno e os gases O ferro gusa é portanto um produto bruto com teores de carbono entre 35 e 45 que em geral esfria até se tornar sólido sendo comercializado em blocos Tal produto representa uma das matérias primas à obtenção posterior do aço A escória é um subproduto inevitável nos processos siderúrgicos sendo constituída em sua maior parte de aluminossilicatos de cálcio sob a forma vítrea Ela resulta da combinação do minério de ferro das cinzas do coque e o calcário ou dolomito utilizados como fundentes tendo atualmente uma importante atuação na indústria cimenteira especificamente na obtenção do cimento Portland de altoforno o CP III Produção do Aço Aciaria O aço consiste na redução dessa porcentagem para no máximo 2 Constituise matériaprima à produção do aço o ferrogusa e de maneira não excludente sucatas de aço ou ferro fundido Os ferroligas ou seja ligas de ferro com outros metais em teores relativamente elevados também são matériaprima à produção do aço sendo em especial destinados a servir como adição para ajuste da composição química A partir de um pátio de sucata este tipo de matériaprima se junta ao ferrogusa e em proporções adequadas ambos são adicionados ao forno Cabe salientar que em função do tipo de forno empregado e da disponibilidade de matériaprima às vezes só o gusa é empregado e outras vezes apenas é refinada a sucata de aço cabendo ao ferro liga um uso mais restrito mormente quando se requer ajuste na proporção especificada Refinamento e Lingotamento Após a passagem pelo forno principal o aço líquido é vertido em um balde de vazamento ou panela e levado a fornos menores para refino e ajuste de sua composição final Esses fornos podem ser do tipo elétrico também com três eletrodos de grafite sendo conhecidos como fornos panelas nos quais o aço permanece por cerca de quarenta minutos a uma temperatura da ordem de 1600ºC Aços 8 Cessada a etapa de refino o aço é submetido ao processo de lingotamento contínuo Através de uma única abertura no fundo da panela o aço líquido é escoado para um distribuidor que então distribui o volume de material líquido de modo a escoá lo simultaneamente através de vários furos existentes no fundo do distribuidor conforme podese ver na Figura 06 Abaixo de cada furo do distribuidor existe um molde de seção quadrada que recebe o aço líquido e dá forma ao material A este molde dáse o nome de lingoteira a qual por ser refrigerada com água é conhecida como lingoteira refrigerada O aço líquido é portanto vazado para as lingoteiras ainda em estado rubro com temperatura ao redor de 1200ºC sendo consequentemente resfriado ao ar ao mesmo tempo em que vai se solidificando na forma de barras de seção quadrada Estas barras são cortadas em tamanhos adequados para a etapa seguinte do processo que é a laminação em torno de 15 metros Figura 06 Representação esquemática do processo de lingotamento do aço Fonte Dias 1998 Aços 9 Conformação Mecânica A seguir são descritas as etapas de conformação mecânica aplicadas aos aços para concreto armado a saber laminação a quente e trefilação está aplicada apenas aos fios de aço CA60 Laminação a Quente A etapa de laminação a quente por que passam todos os aços destinados ao uso como armaduras para concreto armado basicamente consiste de um reaquecimento das barras e submissão a um esforço de compressão lateral e posteriormente diametral quando os paralelepípedos se transformam em cilindros de maneira a haver redução de seção transversal conforme salienta o esquema da Figura 07 Inicialmente levase as barras a um forno de reaquecimento elevandose a temperatura do aço até 1200ºC aproximadamente que é a temperatura dita de laminação Neste nível de temperatura o aço já adquire a coloração rubra A partir daí os aços são forçados a passar pelos trens de laminação que em geral são divididos em três categorias trens desbastadores trens intermediários e trens acabadores Cada um destes trens é composto de vários segmentos ou gaiolas em torno de 7 ou 8 os quais contém jogos de cilindros que exercem a compressão lateral da barra de modo que a passagem por cada gaiola implica em reduções paulatinas da seção transversal Nos trens acabadores discos de laminação especiais exercem a compressão propiciando assim o acabamento final em forma de barras cilíndricas e a gravação da marca do fabricante No caso das barras de aço CA50 é nesta etapa que é dado o aspecto corrugado caracterizado pelas nervuras em alto relevo Aços 10 Figura 07 Esquema do processo de laminação a quente para os aços destinados a armaduras para concreto armado Fonte Dias 1998 O processo de laminação a quente implica então em elevação da temperatura do aço aplicação de esforço mecânico de compressão lateral ou diametral e posterior resfriamento dos produtos finais Neste resfriamento o contato do metal quente que sai dos trens de laminação com o meio ambiente provoca uma oxidação superficial na barra criandose uma camada superficial de óxidos sobre o metal a chamada carepa de laminação Esta carepa é tanto mais espessa e definida quanto mais brusco é o resfriamento No caso dos aços CA50 há um tratamento térmico de têmpera que propicia ao aço pelo menos em uma certa espessura periférica da seção transversal a adoção de uma microestrutura martensítica3 Isto se dá com um brusco resfriamento em água dos vergalhões à saída dos trens de laminação cuja consequência inevitável é a consolidação de uma consistente carepa de óxidos de coloração cinza ou azulada considerada por muitos como protetora da corrosão atmosférica e até mesmo da corrosão no interior do concreto Trefilação A trefilação é o processo industrial final da produção do aço aplicado apenas às armaduras CA60 Consiste em submeter os rolos de fiomáquina a uma deformação a frio através de um procedimento de estiramento do aço como se refere a NBR 7480 ABNT 1996 Dessa forma os fios de aço são forçados a passar através de vários anéis Aços 11 ou fieiras cujo diâmetro de entrada em cada anel é maior que o diâmetro de saída O resultado é uma deformação microestrutural com alongamento dos grãos paralelamente ao esforço de tração conforme se vê na Figura 08 Figura 08 Ilustração do processo de trefilação destacando a redução de seção do aço e uma orientação preferencial dos grãos segundo a direção paralela ao esforço de tração Fonte Shackelford 1996 Cada conjunto de anéis ou fieira reduz em cerca de 20 a seção transversal do aço de maneira que a passagem total pelo trefilador implica em quatro ou cinco reduções O aço trefilado sob o ponto de vista estrutural sofre escorregamento de cristais de forma que deformações permanentes ou plásticas resultam após todo o processo JASTRZEBSKI 1959 Dizse então que o aço sofreu encruamento Desta feita escorregamentos posteriores tornamse mais difíceis e a consequência imediata é um aumento na dureza VAN VLACK 1970 SHACKELFORD 1996 destaca que o mecanismo que explica esse aumento na dureza está baseado na resistência à deformação plástica devida à alta densidade de discordâncias produzidas no trabalho a frio entendendose essa densidade como o comprimento das linhas de discordâncias por unidade de volume A estrutura encruada portanto apresenta grãos severamente distorcidos sendo bastante instável os cristais neste caso têm mais energia em comparação com os cristais não deformados já que estão cheios de discordâncias e outras imperfeições Havendo oportunidade os átomos desses cristais se reacomodarão de forma a se ter um arranjo perfeito e não deformado JASTRZEBSKI 1959 isto é passível de ocorrer mediante tratamentos térmicos como o recozimento por exemplo Aços 12 Um dos resultados que parece de fato existir a partir do nível energético mais elevado e maiores imperfeições de uma estrutura encruada é a diminuição da resistência à corrosão conforme salientam diversos autores de destaque na área de ciência e tecnologia de materiais JASTRZEBSKI 1959 VAN VLACK 1970 GUY 1980 ASKELAND 1990 SHACKELFORD 1996 Outras propriedades são significativamente alteradas com a trefilação a saber temse aumentados o limite de escoamento e a resistência à tração reduzindose em contrapartida a ductilidade estricção e alongamento tendo em vista parte da elongação ser consumida durante a deformação a frio VAN VLACK 1984 A Figura 09 mostra diagramas de tensãodeformação para um aço encruado e outro recozido Podese observar evidente os comentários do parágrafo anterior além do comportamento muito menos tenaz ou mais frágil do aço encruado Figura 09 Comparação entre o aspecto do diagrama tensãodeformação de um aço recozido e outro encruado Fonte COLPAERT 1974 Aços 13 A Tabela 1 destaca as variações em algumas propriedades quando do encruamento do aço Tabela 1 Variação da resistência à tração dureza alongamento e resistência ao choque com a passagem de um aço recozido para encruado Fonte COLPAERT 1974 O aço consiste na redução dessa porcentagem para no máximo 2 O aço é submetido a diversos tratamentos térmicos de aquecimento e resfriamento com o objetivo de melhorar suas propriedades Além da composição de carbono o aço também possui outros materiais entre eles alguns elementos químicos como enxofre fósforo e níquel Esses elementos são incluídos na fabricação com o objetivo de melhorar a durabilidade trabalhabilidade resistência e propriedades magnéticas e elétricas do material Um dos tipos de aço bem conhecidos é o aço inoxidável que leva níquel e cromo em altas quantidades em sua composição Na construção civil o encontramos em alguns materiais de acabamento como pias torneiras e outros metais hidráulicos 13411 Propriedades do aço As propriedades do aço variam de acordo com seus tratamentos e processos de fabricação mas em geral apresenta as seguintes propriedades Resistência à tração e à compressão varia de acordo com o tratamento recebido e a composição sendo que aços com baixo teor de carbono têm os limites de escoamento bem definidos ao contrário dos demais A resistência Aços 14 à compressão é da mesma ordem da tração mas devido a problemas de flambagem algumas peças mais esbeltas devem ter maiores cuidados Resistência ao desgasteimpacto são elevadas desde que utilizem composições apropriadas Corrosão o ferro e o aço sofrem bastante com os agentes corrosivos como a água cloretos e nitratos Na execução do concreto armado alguns cuidados na utilização de aditivos devem ser tomados pois alguns podem acelerar o processo de corrosão do aço Fadiga é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação No caso do ferroaço ao estarem em locais expostos a ventos vibrações e água como pontes ou edificações de estrutura metálica é importante considerar a redução de resistência devido a esforços que provocam fadiga 134111 Diagrama tensão x deformação O engenheiro ou arquiteto utiliza o escoamento da barra para cálculo de dimensionamento da estrutura pois é até este ponto que a barra suporta cargas e sobrecargas e retorna à sua condição inicial sem deformação permanente Ultrapassado este ponto a armação fica fragilizada e a estrutura comprometida Como pode ser observado os valores de escoamento é que definem a categoria dos aços ou seja 50 kgfmm² ou 500 MPa para o CA50 60 kgfmm² ou 600 MPa para o CA60 Neste ponto o principal questionamento é sobre o significado de 50 kgfmm² Se tomarmos uma barra cortarmos a mesma no sentido transversal e desenharmos quadrados de 1 por 1 milímetro em sua seção 50 kgfmm² significa que cada um dos quadrados de 1 mm² suporta ser tracionado com 50 kgf sem apresentar deformação permanente O mesmo significado vale para os aços de 25 e 60 kgfmm² de escoamento O valor do escoamento independe do diâmetro nominal do material mas quanto maior a bitola da barra e consequentemente a sua área maior será a carga de tracionamento suportada pela barra Aços 15 Limite de resistência é a tensão máxima suportada pelo material e no qual ele se rompe ou seja é o ponto máximo de resistência das barras Como pode haver alguma confusão convém esclarecer que carga é um valor em kgf por exemplo obtido pela leitura direta no visor da máquina de tração e tensão é o valor determinado pela relação entre a carga e a área de seção da amostra dada em kgfmm² por exemplo Apresentamos o gráfico tensão versus deformação que representa o ensaio de tração de um aço Figura 10 como o aço CA 50 Nestes aços o comportamento plástico do material inicia no ponto A cujo trecho AB representa o chamado patamar de escoamento do material levando a um aumento das deformações para um mesmo nível de tensão Alguns aços normalmente o CA60 apresentam um gráfico com patamar de escoamento não definido e a determinação do mesmo deve ser feita calculandose a partir de deformação de 02 parcial ou 05 total Figura 11 Alongamento é o percentual que o aço se alonga Isto é se estica quando submetido a uma carga que ultrapasse o seu limite de escoamento A determinação do alongamento é feita pela comparação entre o valor marcado no corpo de prova antes do ensaio denominado comprimento inicial L0 e este mesmo valor obtido após a ruptura do corpo de prova denominado de comprimento final L1 Para os materiais especificados pela NBR 7480 o comprimento inicial utilizado é de 10 vezes o diâmetro nominal Por exemplo se o material ensaiado é um 10 mm o L0 será de 100 mm No caso de um 125 mm o L0 será de 125 mm O ensaio de tração é realizado conforme Norma NBR 6152 Material Metálico Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração Método de Ensaio e as propriedades mecânicas exigíveis para as barras e fios estão indicadas na tabela 2 do anexo B da NBR 7480 Aços 16 Figura 10 Diagrama tensão x deformação de um aço CA 50 Fonte Helene 2008 Figura 11 Determinação do limite de escoamento convencional Fonte Helene 2008 13412 Aplicações do ferroaço na construção civil Folhadeflandres chapas estanhadas a folhadeflandres é conhecida popularmente como lata É uma chapa fina de aço que possui as faces cobertas por estanho para não oxidar corrosão e ferrugem É obtida pela imersão da chapa de aço em banho de estanho fundido Tem a característica de não ser tóxico ter elevada 29092016 3 Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO TERMOS E MEDIDAS USADOS EM ENGENHARIA Material dúctil sem patamar de escoamento Não apresenta patamar de escoamento definido A deformação plástica que segue à elástica não é reversível A tensão fy convencional de resistência de escoamento do aço à tração corresponde a uma deformação plástica irreversível de 02 ExAços para concreto armado CA60 PHelene Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO METAIS FRÁGEIS E DÚCTEIS Frágil Muito Dúctil Dúctil ExFerro ExOuro Exaço CA25 fundido Ruptura Ruptura frágil dúctil JSCoutinho PHelene Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO TERMOS E MEDIDAS USADOS EM ENGENHARIA Dureza Definida pela resistência da superfície do material à penetração Escala Brinell de dureza BHN Brinell Hardness Number dd1d22 Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO TERMOS E MEDIDAS USADOS EM ENGENHARIA Tenacidade Medida da energia necessária para romper o material Expressa em kgfcm2 Um material dúctil com a mesma tensão de ruptura que um frágil é mais tenaz porque irá requerer uma maior energia para romperse 2 1 PHelene PHelene A2 A1 portanto o material 2 é mais tenaz Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO COMPORTAMENTO QUÍMICO Corrosão O pH do concreto protege o aço Ausência de cloro pH 105 Presença de cloro corrói sob qualquer pH Aço aumenta de volume em até 530 Estádio do Morumbi SP Granato BASF Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO COMPORTAMENTO FÍSICO Densidade 785 kgfdm³ Dilatação térmica αs 12105 m mºC é αconcreto 12x105 mmºC válido para temperaturas de 0 a 100ºC acima o coeficiente do aço fica significativamente maior Condutibilidade térmica 30 X maior que o do concreto Aços 17 resistência mecânica e forte poder de maleabilidade Na construção civil tem uso variado como em refletores de luz em barras de espaço para janelas de vidros duplos em fita adesiva reforçada etc Barras vergalhões para concreto armado é uma das principais utilizações do aço na construção civil A norma brasileira NBR 7480 define as barras de aço quanto à apresentação de acordo com o processo de fabricação e de acordo com as características mecânicas Quanto à apresentação pode ser classificada em barras ou fios o Barras são segmentos retos que possuem diâmetro maior ou igual a 5 mm e comprimento entre 10 e 12 m o Fios são elementos com diâmetro nominal menor ou igual a 12 mm São fornecidos em rolos de grande quantidade De acordo com o processo de fabricação são classificados em classe A ou B o Classe A são barras e fios laminados a quente possuem patamar de escoamento definido São barras lisas o Classe B são barras e fios encruados por deformação a frio não possuem patamar de escoamento São barras torcidas ou com mossas A Tabela 02 apresenta as cinco categorias principais de barras de aço e suas respectivas tensões de escoamento mínima A nomenclatura CA significa aço destinado ao concreto armado Tabela 02 Nomenclatura do aço de acordo com sua tensão de escoamento mínima Categoria Tensão de escoamento mínima kgfmm² CA25 24 CA32 32 CA40 t CA50 50 CA60 60 Fonte httpsdrivegooglecomfiled0B9gAwK36QvZ0hmM0k1LWNFZFUview É importante destacar que a norma brasileira alterou o bitolamento de fios e barras de polegadas por milímetros Os fios e barras são comercializados nas seguintes bitolas Aços 18 Fios 32 35 40 45 50 60 70 80 90 mm Barras 50 60 80 100 120 160 200 220 250 320 4000 mm A Figura 10 ilustra barras e fios de aço utilizados na construção civil Figura 10 Barras e fios de aço Fonte httpmuracocombrprodutos Perfis laminados os perfis laminados são vergalhões laminados apresentados na forma de barras com diversas configurações de seção transversal Os principais perfis são L comercialmente conhecido como cantoneira U T I comercialmente conhecido como duplo T e Z conforme mostra a Figura 11 São denominados por sua altura em cm ou polegadas Figura 11 Tipos de perfis laminados Fonte httpsdrivegooglecomfiled0B9gAwK36QvNkFKNkE5RmZlOVEview Na construção civil para atender à qualidade comercial os perfis laminados devem ter resistência à tração variando entre 3867 a 5625 Kgfmm² Para pontes edifícios e grandes estruturas os perfis devem ter resistência entre 4219 a 5273 Kgfmm² Já para vagões locomotivas e navios os valores são especiais Aços 19 Ferro fundido o ferro fundido tem como produto importante para a construção civil os tubos para a construção de rede de água e esgoto Os tubos são retos com bolsa para encaixe com diâmetro a partir de três polegadas conforme ilustrado na Figura 11 Possuem resistência e preço superior aos similares Figura 11 Tubo de ferro fundido Fonte httpwwwferpaccombrimagensinformacoestuboferrofundido03jpg Arames os arames podem ser pretos ou galvanizados São fornecidos em rolos e designados pelo calibre da fieira Figura 319 Na construção civil para a montagem e amarração das armaduras é usual a utilização do arame galvanizado de nº 18 Figura 11 Arames utilizados na construção civil Fonte Loja Elétrica 2021 Cordoalhas são fios de aço trançados com alta resistência à tração e alta rigidez e possuem bitolas variadas Na construção civil são utilizados para estais e tirantes para protensão conforme Figura 12 Aços 20 Figura 12 Cordoalhas de aço Fonte httpwwwwikiartigoscombrahistoriamodernadoscabosdeaco Pregos os pregos utilizados na construção civil podem ser de aço inoxidável galvanizado ou polido e possuem dimensões diversas conforme mostra a Figura 13 São caracterizados por dois números O primeiro referese ao diâmetro e o segundo está relacionado ao comprimento em linha portuguesa 1 linha 23 mm Figura 13 Tipos de pregos Fonte httpwwwwikiartigoscombrahistoriamodernadoscabosdeaco Tubos galvanizados Os tubos galvanizados são utilizados na construção civil para a canalização de água vapor gás e ar comprimido como ilustrado na Figura 14 De acordo com a pressão de serviço podem ser fornecidos com ou sem costura Aços 21 Foto 14 Tubos galvanizados 13413 Recebimento e armazenamento de barras de aço No recebimento do aço na obra o ideal é sempre conferir o tipo de material e quantidade através da etiqueta de identificação em cada rolo ou feixe essa etiqueta deve fornecer fabricante categoria do aço e o diâmetro nominal para barras com diâmetro maiores que 10 mm o fabricante deve estar estampado em relevo nas barras Além disso deve se verificar se existe oxidação em excesso homogeneidade na cor ou se apresenta dobras O armazenamento deve ser feito sobre pontaletes sem contato direto com o solo em local preferencialmente coberto separado por tipo de barra e bitola e próximo ao local do trabalho 13414 Sobre as principais normas e ensaios do aço Ensaio de determinação das propriedades mecânicas NBR 61522002 materiais metálicos determinação das propriedades mecânicas à tração Ensaio de Dobramento NBR 6153 1988 produtos metálicos ensaio de dobramento semiguiado Aços 22 Ensaio de determinação do coeficiente de conformação superficial NBR 74771982 Coeficiente de conformação superficial Especificações para o concreto armado NBR 74802007 especificações de barras e fios de aço para concreto armado Aços 23 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASKELAND D R The science and engineering of materials 2 SI ed London Chapman Hall 1990 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado especificação NBR 7480 Rio de Janeiro 1996 BATTAGIN A F ESPER M W Contribuição ao conhecimento das propriedades do cimento Portland de altoforno São Paulo ABCP sn t COLPAERT H Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns 3 ed São Paulo Edgard Blucher 1974 412 p DIAS L A M Estruturas de aço conceitos técnicas e linguagem 2 ed São Paulo Zigurate Editora 1998 159 p GUY AG Ciência dos Materiais Rio de Janeiro LTCEDUSP 1980 JASTRZEBSKI Z D Nature and properties of engineering materials New York and London John Wiley Sons Inc Tokyo Toppan 1959 SHACKELFORD J F Introduction to materials science for engineers 4 ed New Jersey USA Prentice Hall Simon SchusterA 1996 VAN VLACK L H Princípios de ciência dos materiais trad FERRÃO L P C São Paulo Edgard Blucher 1970 427 p VAN VLACK L H Princípios de ciência e tecnologia dos materiais trad MONTEIRO E 4 ed Rio de Janeiro Campus 1984 567 p
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AÇOS Lauri Anderson Lenz Aços 2 1 INTRODUÇÃO Com as privatizações de empresas no setor siderúrgico o Brasil adotou novas políticas para atender ao mercado da construção civil industrializado e o aço ganhou um espaço ainda maior no mercado brasileiro Os metais são um grupo de materiais muito importantes na construção civil devido às suas propriedades e diversos empregos A sua importância durante a história do homem é tanta que as próprias divisões de tempo possuem seus nomes como a Idade da Pedra e a Idade do Bronze Desde essa época o homem utilizava o forno para fundir os metais e tornálos ferramentas para dominar animais e trabalhar na agricultura Os metais podem ser definidos como substâncias inorgânicas compostas por um ou mais elementos metálicos em sua composição possuem uma estrutura cristalina na qual os átomos estão organizados de forma ordenada o que lhe proporciona propriedades como bons condutores térmicos e elétricos boa resistência mecânica ductilidade e capacidade de permanecer resistente em altas temperaturas Ligas metálicas consistem na mistura homogênea de dois ou mais metais formando um determinado elemento De modo geral as ligas apresentam propriedades mecânicas e tecnológicas melhores que apenas um determinado metal A exemplo temos o aço ferro e carbono aço inoxidável ferro cromo e níquel bronze cobre e estanho latão cobre e zinco solda chumbo e estanho etc 12 PROPRIEDADES DOS METAIS As principais propriedades dos metais relevantes para a construção civil são Densidade normalmente são densos e possuem densidade elevada que varia de metal para metal mas em geral seu valor está entre 256 e 1145 gcm³ Condutibilidade elétrica os metais são bons condutores elétricos inclusive o cobre e o alumínio são utilizados tradicionalmente para fios e cabos de transmissão de energia Condução de calor devido à presença de elétrons livres que são dotados de movimento os metais são também bons condutores térmicos Aços 3 Resistência à tração normalmente são muito resistentes às forças de tração devido à forte ligação metálica que os torna difíceis de romper Isso explica por exemplo sua utilização no concreto armado uma vez que o aço é utilizado devido à baixa resistência aos esforços de tração do concreto que tem alta resistência à compressão formando uma excelente combinação para ser aplicada em estruturas Ductibilidade essa propriedade consiste na capacidade de um material em sofrer deformação plástica em contraposição com a deformação elástica Os metais são muito dúcteis podem ser estriados em fios laminados em folhas finas e martelados sem se partirem Maleabilidade permite que os corpos sejam moldados e deformados sem que se rompam Os metais apresentam alta maleabilidade facilitada com o aumento de temperatura Corrosão e oxidação um dos piores vilões da vida útil dos materiais metálicos além da fadiga são a corrosão e a oxidação A corrosão pode ser definida pela ação química e eletroquímica a que os metais são expostos Dessa forma alguns cuidados devem ser tomados e prevenidos dependendo do ambiente em que o metal está aplicado 13 MATERIAIS METÁLICOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Existem diversos materiais metálicos utilizados na construção civil A seguir abordaremos alguns deles suas características e principais aplicações 131 Alumínio O alumínio está entre os metais mais utilizados no mundo Seu principal minério é a bauxita e foi encontrado pela primeira vez na França em 1821 Seu peso específico varia de 256 a 270 gm³ é um bom condutor térmico e elétrico e tem boa resistência à corrosão é um metal leve com baixa densidade na construção civil é utilizado em fios cabos elétricos revestimentos coberturas guarnições arremates esquadrias portas e janelas conforme ilustrado na Figura 01 Formas de apresentação Laminados lâminas ou chapas Extrusados barras fios e perfis Aços 4 Figura 01 Barras perfis e esquadrias de alumínio Fonte httpwwwometalicacombrocobreesuasaplicacoes 132 Cobre O cobre é um metal que vem sendo utilizado desde o homem pré histórico Ao se fundir com o estanho resulta em uma liga metálica extremamente dura e resistente o bronze São utilizados em todos os tipos de indústria inclusive na construção civil em tubulações painéis solares fios e cabos elétricos conforme ilustrado na Figura 02 Apresenta densidade em torno de 88 gm³ é um material resistente e versátil que pode ser utilizado em diversos moldes é um metal que tem bom custo benefício boa resistência à corrosão e eficiência energética Figura 02 Aplicações do cobre na construção civil tubulações painéis solares e fios elétricos Fonte httpwwwometalicacombrocobreesuasaplicacoes 133 Zinco e latão O zinco é utilizado principalmente para coberturas e revestimentos através de chapas lisas ou onduladas em calhas e condutores Também é empregado em tintas Já o latão é uma liga de cobre e zinco pode variar de 95 a 60 de cobre e 5 a 40 de zinco de grande uso na construção como em torneiras tubos conexões e fechaduras A Figura 315 ilustra alguns exemplos de aplicação do zinco e do latão na construção civil Aços 5 Figura 03 Chapa de zinco e conexões de latão Fonte DIAS 1998 134 Ferro O ferro é o metal de maior utilização na construção civil De acordo com o teor de carbono em sua composição ele pode formar as seguintes ligas aço forjado ou doce menos 02 de carbono aço entre 02 a 2 de carbono ferro fundido entre 2 e 6 de carbono 1341 Aço Extração e obtenção do aço O metal pode ser obtido através da extração em jazidas mineração é encontrado na natureza juntamente com impurezas por isso recebe o nome de minério Após o processo de metalurgia os metais são separados No caso do aço a siderurgia é a atividade responsável pela transformação do minério de ferro em aço A obtenção do aço decorre de uma série de operações de transformação metalúrgica e de conformação mecânica Em síntese podese dividir sua produção em cinco grandes etapas a saber DIAS 1998 preparo das matériasprimas coqueria e sinterização produção do ferrogusa altoforno produção do aço aciaria refinamento e lingotamento e conformação mecânica laminação e trefilação A Figura 04 ilustra esquematicamente os processos para produção do aço e nos itens a seguir apresentase uma descrição sumária de cada etapa Aços 6 Figura 04 Etapas básicas para produção do aço Fonte DIAS 1998 Obtenção do Ferrogussa O ferro é aquecido em altos fornos fornos especiais com carbono e outros materiais O produto desse aquecimento é chamado ferrogusa que contém cerca de 35 a 4 de carbono O ferrogusa é um produto primário no ciclo da produção do aço sendo oriundo da redução inicial do minério de ferro em um altoforno Esta redução é resultante da combinação do carbono presente no coque com o oxigênio do minério em uma reação exotérmica Em proporções adequadas conforme se vê na Figura 05 são adicionadas quantidades de minério na forma de sínter coque ou carvão vegetal e um fundente em geral o calcário Como o fundente tem ponto de fusão mais baixo ele corresponde inicialmente à fase líquida da mistura e se destina portanto a fluidificar as impurezas e formar uma escória mais fusível COLPAERT 1974 Figura 05 Proporção em massa do que entra e sai de um altoforno Fonte Colpaert 1974 Aços 7 Dessa forma obtêmse três produtos básicos o material líquido o então chamado ferrogusa a escória de altoforno e os gases O ferro gusa é portanto um produto bruto com teores de carbono entre 35 e 45 que em geral esfria até se tornar sólido sendo comercializado em blocos Tal produto representa uma das matérias primas à obtenção posterior do aço A escória é um subproduto inevitável nos processos siderúrgicos sendo constituída em sua maior parte de aluminossilicatos de cálcio sob a forma vítrea Ela resulta da combinação do minério de ferro das cinzas do coque e o calcário ou dolomito utilizados como fundentes tendo atualmente uma importante atuação na indústria cimenteira especificamente na obtenção do cimento Portland de altoforno o CP III Produção do Aço Aciaria O aço consiste na redução dessa porcentagem para no máximo 2 Constituise matériaprima à produção do aço o ferrogusa e de maneira não excludente sucatas de aço ou ferro fundido Os ferroligas ou seja ligas de ferro com outros metais em teores relativamente elevados também são matériaprima à produção do aço sendo em especial destinados a servir como adição para ajuste da composição química A partir de um pátio de sucata este tipo de matériaprima se junta ao ferrogusa e em proporções adequadas ambos são adicionados ao forno Cabe salientar que em função do tipo de forno empregado e da disponibilidade de matériaprima às vezes só o gusa é empregado e outras vezes apenas é refinada a sucata de aço cabendo ao ferro liga um uso mais restrito mormente quando se requer ajuste na proporção especificada Refinamento e Lingotamento Após a passagem pelo forno principal o aço líquido é vertido em um balde de vazamento ou panela e levado a fornos menores para refino e ajuste de sua composição final Esses fornos podem ser do tipo elétrico também com três eletrodos de grafite sendo conhecidos como fornos panelas nos quais o aço permanece por cerca de quarenta minutos a uma temperatura da ordem de 1600ºC Aços 8 Cessada a etapa de refino o aço é submetido ao processo de lingotamento contínuo Através de uma única abertura no fundo da panela o aço líquido é escoado para um distribuidor que então distribui o volume de material líquido de modo a escoá lo simultaneamente através de vários furos existentes no fundo do distribuidor conforme podese ver na Figura 06 Abaixo de cada furo do distribuidor existe um molde de seção quadrada que recebe o aço líquido e dá forma ao material A este molde dáse o nome de lingoteira a qual por ser refrigerada com água é conhecida como lingoteira refrigerada O aço líquido é portanto vazado para as lingoteiras ainda em estado rubro com temperatura ao redor de 1200ºC sendo consequentemente resfriado ao ar ao mesmo tempo em que vai se solidificando na forma de barras de seção quadrada Estas barras são cortadas em tamanhos adequados para a etapa seguinte do processo que é a laminação em torno de 15 metros Figura 06 Representação esquemática do processo de lingotamento do aço Fonte Dias 1998 Aços 9 Conformação Mecânica A seguir são descritas as etapas de conformação mecânica aplicadas aos aços para concreto armado a saber laminação a quente e trefilação está aplicada apenas aos fios de aço CA60 Laminação a Quente A etapa de laminação a quente por que passam todos os aços destinados ao uso como armaduras para concreto armado basicamente consiste de um reaquecimento das barras e submissão a um esforço de compressão lateral e posteriormente diametral quando os paralelepípedos se transformam em cilindros de maneira a haver redução de seção transversal conforme salienta o esquema da Figura 07 Inicialmente levase as barras a um forno de reaquecimento elevandose a temperatura do aço até 1200ºC aproximadamente que é a temperatura dita de laminação Neste nível de temperatura o aço já adquire a coloração rubra A partir daí os aços são forçados a passar pelos trens de laminação que em geral são divididos em três categorias trens desbastadores trens intermediários e trens acabadores Cada um destes trens é composto de vários segmentos ou gaiolas em torno de 7 ou 8 os quais contém jogos de cilindros que exercem a compressão lateral da barra de modo que a passagem por cada gaiola implica em reduções paulatinas da seção transversal Nos trens acabadores discos de laminação especiais exercem a compressão propiciando assim o acabamento final em forma de barras cilíndricas e a gravação da marca do fabricante No caso das barras de aço CA50 é nesta etapa que é dado o aspecto corrugado caracterizado pelas nervuras em alto relevo Aços 10 Figura 07 Esquema do processo de laminação a quente para os aços destinados a armaduras para concreto armado Fonte Dias 1998 O processo de laminação a quente implica então em elevação da temperatura do aço aplicação de esforço mecânico de compressão lateral ou diametral e posterior resfriamento dos produtos finais Neste resfriamento o contato do metal quente que sai dos trens de laminação com o meio ambiente provoca uma oxidação superficial na barra criandose uma camada superficial de óxidos sobre o metal a chamada carepa de laminação Esta carepa é tanto mais espessa e definida quanto mais brusco é o resfriamento No caso dos aços CA50 há um tratamento térmico de têmpera que propicia ao aço pelo menos em uma certa espessura periférica da seção transversal a adoção de uma microestrutura martensítica3 Isto se dá com um brusco resfriamento em água dos vergalhões à saída dos trens de laminação cuja consequência inevitável é a consolidação de uma consistente carepa de óxidos de coloração cinza ou azulada considerada por muitos como protetora da corrosão atmosférica e até mesmo da corrosão no interior do concreto Trefilação A trefilação é o processo industrial final da produção do aço aplicado apenas às armaduras CA60 Consiste em submeter os rolos de fiomáquina a uma deformação a frio através de um procedimento de estiramento do aço como se refere a NBR 7480 ABNT 1996 Dessa forma os fios de aço são forçados a passar através de vários anéis Aços 11 ou fieiras cujo diâmetro de entrada em cada anel é maior que o diâmetro de saída O resultado é uma deformação microestrutural com alongamento dos grãos paralelamente ao esforço de tração conforme se vê na Figura 08 Figura 08 Ilustração do processo de trefilação destacando a redução de seção do aço e uma orientação preferencial dos grãos segundo a direção paralela ao esforço de tração Fonte Shackelford 1996 Cada conjunto de anéis ou fieira reduz em cerca de 20 a seção transversal do aço de maneira que a passagem total pelo trefilador implica em quatro ou cinco reduções O aço trefilado sob o ponto de vista estrutural sofre escorregamento de cristais de forma que deformações permanentes ou plásticas resultam após todo o processo JASTRZEBSKI 1959 Dizse então que o aço sofreu encruamento Desta feita escorregamentos posteriores tornamse mais difíceis e a consequência imediata é um aumento na dureza VAN VLACK 1970 SHACKELFORD 1996 destaca que o mecanismo que explica esse aumento na dureza está baseado na resistência à deformação plástica devida à alta densidade de discordâncias produzidas no trabalho a frio entendendose essa densidade como o comprimento das linhas de discordâncias por unidade de volume A estrutura encruada portanto apresenta grãos severamente distorcidos sendo bastante instável os cristais neste caso têm mais energia em comparação com os cristais não deformados já que estão cheios de discordâncias e outras imperfeições Havendo oportunidade os átomos desses cristais se reacomodarão de forma a se ter um arranjo perfeito e não deformado JASTRZEBSKI 1959 isto é passível de ocorrer mediante tratamentos térmicos como o recozimento por exemplo Aços 12 Um dos resultados que parece de fato existir a partir do nível energético mais elevado e maiores imperfeições de uma estrutura encruada é a diminuição da resistência à corrosão conforme salientam diversos autores de destaque na área de ciência e tecnologia de materiais JASTRZEBSKI 1959 VAN VLACK 1970 GUY 1980 ASKELAND 1990 SHACKELFORD 1996 Outras propriedades são significativamente alteradas com a trefilação a saber temse aumentados o limite de escoamento e a resistência à tração reduzindose em contrapartida a ductilidade estricção e alongamento tendo em vista parte da elongação ser consumida durante a deformação a frio VAN VLACK 1984 A Figura 09 mostra diagramas de tensãodeformação para um aço encruado e outro recozido Podese observar evidente os comentários do parágrafo anterior além do comportamento muito menos tenaz ou mais frágil do aço encruado Figura 09 Comparação entre o aspecto do diagrama tensãodeformação de um aço recozido e outro encruado Fonte COLPAERT 1974 Aços 13 A Tabela 1 destaca as variações em algumas propriedades quando do encruamento do aço Tabela 1 Variação da resistência à tração dureza alongamento e resistência ao choque com a passagem de um aço recozido para encruado Fonte COLPAERT 1974 O aço consiste na redução dessa porcentagem para no máximo 2 O aço é submetido a diversos tratamentos térmicos de aquecimento e resfriamento com o objetivo de melhorar suas propriedades Além da composição de carbono o aço também possui outros materiais entre eles alguns elementos químicos como enxofre fósforo e níquel Esses elementos são incluídos na fabricação com o objetivo de melhorar a durabilidade trabalhabilidade resistência e propriedades magnéticas e elétricas do material Um dos tipos de aço bem conhecidos é o aço inoxidável que leva níquel e cromo em altas quantidades em sua composição Na construção civil o encontramos em alguns materiais de acabamento como pias torneiras e outros metais hidráulicos 13411 Propriedades do aço As propriedades do aço variam de acordo com seus tratamentos e processos de fabricação mas em geral apresenta as seguintes propriedades Resistência à tração e à compressão varia de acordo com o tratamento recebido e a composição sendo que aços com baixo teor de carbono têm os limites de escoamento bem definidos ao contrário dos demais A resistência Aços 14 à compressão é da mesma ordem da tração mas devido a problemas de flambagem algumas peças mais esbeltas devem ter maiores cuidados Resistência ao desgasteimpacto são elevadas desde que utilizem composições apropriadas Corrosão o ferro e o aço sofrem bastante com os agentes corrosivos como a água cloretos e nitratos Na execução do concreto armado alguns cuidados na utilização de aditivos devem ser tomados pois alguns podem acelerar o processo de corrosão do aço Fadiga é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação No caso do ferroaço ao estarem em locais expostos a ventos vibrações e água como pontes ou edificações de estrutura metálica é importante considerar a redução de resistência devido a esforços que provocam fadiga 134111 Diagrama tensão x deformação O engenheiro ou arquiteto utiliza o escoamento da barra para cálculo de dimensionamento da estrutura pois é até este ponto que a barra suporta cargas e sobrecargas e retorna à sua condição inicial sem deformação permanente Ultrapassado este ponto a armação fica fragilizada e a estrutura comprometida Como pode ser observado os valores de escoamento é que definem a categoria dos aços ou seja 50 kgfmm² ou 500 MPa para o CA50 60 kgfmm² ou 600 MPa para o CA60 Neste ponto o principal questionamento é sobre o significado de 50 kgfmm² Se tomarmos uma barra cortarmos a mesma no sentido transversal e desenharmos quadrados de 1 por 1 milímetro em sua seção 50 kgfmm² significa que cada um dos quadrados de 1 mm² suporta ser tracionado com 50 kgf sem apresentar deformação permanente O mesmo significado vale para os aços de 25 e 60 kgfmm² de escoamento O valor do escoamento independe do diâmetro nominal do material mas quanto maior a bitola da barra e consequentemente a sua área maior será a carga de tracionamento suportada pela barra Aços 15 Limite de resistência é a tensão máxima suportada pelo material e no qual ele se rompe ou seja é o ponto máximo de resistência das barras Como pode haver alguma confusão convém esclarecer que carga é um valor em kgf por exemplo obtido pela leitura direta no visor da máquina de tração e tensão é o valor determinado pela relação entre a carga e a área de seção da amostra dada em kgfmm² por exemplo Apresentamos o gráfico tensão versus deformação que representa o ensaio de tração de um aço Figura 10 como o aço CA 50 Nestes aços o comportamento plástico do material inicia no ponto A cujo trecho AB representa o chamado patamar de escoamento do material levando a um aumento das deformações para um mesmo nível de tensão Alguns aços normalmente o CA60 apresentam um gráfico com patamar de escoamento não definido e a determinação do mesmo deve ser feita calculandose a partir de deformação de 02 parcial ou 05 total Figura 11 Alongamento é o percentual que o aço se alonga Isto é se estica quando submetido a uma carga que ultrapasse o seu limite de escoamento A determinação do alongamento é feita pela comparação entre o valor marcado no corpo de prova antes do ensaio denominado comprimento inicial L0 e este mesmo valor obtido após a ruptura do corpo de prova denominado de comprimento final L1 Para os materiais especificados pela NBR 7480 o comprimento inicial utilizado é de 10 vezes o diâmetro nominal Por exemplo se o material ensaiado é um 10 mm o L0 será de 100 mm No caso de um 125 mm o L0 será de 125 mm O ensaio de tração é realizado conforme Norma NBR 6152 Material Metálico Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração Método de Ensaio e as propriedades mecânicas exigíveis para as barras e fios estão indicadas na tabela 2 do anexo B da NBR 7480 Aços 16 Figura 10 Diagrama tensão x deformação de um aço CA 50 Fonte Helene 2008 Figura 11 Determinação do limite de escoamento convencional Fonte Helene 2008 13412 Aplicações do ferroaço na construção civil Folhadeflandres chapas estanhadas a folhadeflandres é conhecida popularmente como lata É uma chapa fina de aço que possui as faces cobertas por estanho para não oxidar corrosão e ferrugem É obtida pela imersão da chapa de aço em banho de estanho fundido Tem a característica de não ser tóxico ter elevada 29092016 3 Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO TERMOS E MEDIDAS USADOS EM ENGENHARIA Material dúctil sem patamar de escoamento Não apresenta patamar de escoamento definido A deformação plástica que segue à elástica não é reversível A tensão fy convencional de resistência de escoamento do aço à tração corresponde a uma deformação plástica irreversível de 02 ExAços para concreto armado CA60 PHelene Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO METAIS FRÁGEIS E DÚCTEIS Frágil Muito Dúctil Dúctil ExFerro ExOuro Exaço CA25 fundido Ruptura Ruptura frágil dúctil JSCoutinho PHelene Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO TERMOS E MEDIDAS USADOS EM ENGENHARIA Dureza Definida pela resistência da superfície do material à penetração Escala Brinell de dureza BHN Brinell Hardness Number dd1d22 Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO TERMOS E MEDIDAS USADOS EM ENGENHARIA Tenacidade Medida da energia necessária para romper o material Expressa em kgfcm2 Um material dúctil com a mesma tensão de ruptura que um frágil é mais tenaz porque irá requerer uma maior energia para romperse 2 1 PHelene PHelene A2 A1 portanto o material 2 é mais tenaz Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO COMPORTAMENTO QUÍMICO Corrosão O pH do concreto protege o aço Ausência de cloro pH 105 Presença de cloro corrói sob qualquer pH Aço aumenta de volume em até 530 Estádio do Morumbi SP Granato BASF Prof Lauri Lenz Faculdade Educacional Araucária Materiais de Construção I AÇOS PARA CONCRETO COMPORTAMENTO FÍSICO Densidade 785 kgfdm³ Dilatação térmica αs 12105 m mºC é αconcreto 12x105 mmºC válido para temperaturas de 0 a 100ºC acima o coeficiente do aço fica significativamente maior Condutibilidade térmica 30 X maior que o do concreto Aços 17 resistência mecânica e forte poder de maleabilidade Na construção civil tem uso variado como em refletores de luz em barras de espaço para janelas de vidros duplos em fita adesiva reforçada etc Barras vergalhões para concreto armado é uma das principais utilizações do aço na construção civil A norma brasileira NBR 7480 define as barras de aço quanto à apresentação de acordo com o processo de fabricação e de acordo com as características mecânicas Quanto à apresentação pode ser classificada em barras ou fios o Barras são segmentos retos que possuem diâmetro maior ou igual a 5 mm e comprimento entre 10 e 12 m o Fios são elementos com diâmetro nominal menor ou igual a 12 mm São fornecidos em rolos de grande quantidade De acordo com o processo de fabricação são classificados em classe A ou B o Classe A são barras e fios laminados a quente possuem patamar de escoamento definido São barras lisas o Classe B são barras e fios encruados por deformação a frio não possuem patamar de escoamento São barras torcidas ou com mossas A Tabela 02 apresenta as cinco categorias principais de barras de aço e suas respectivas tensões de escoamento mínima A nomenclatura CA significa aço destinado ao concreto armado Tabela 02 Nomenclatura do aço de acordo com sua tensão de escoamento mínima Categoria Tensão de escoamento mínima kgfmm² CA25 24 CA32 32 CA40 t CA50 50 CA60 60 Fonte httpsdrivegooglecomfiled0B9gAwK36QvZ0hmM0k1LWNFZFUview É importante destacar que a norma brasileira alterou o bitolamento de fios e barras de polegadas por milímetros Os fios e barras são comercializados nas seguintes bitolas Aços 18 Fios 32 35 40 45 50 60 70 80 90 mm Barras 50 60 80 100 120 160 200 220 250 320 4000 mm A Figura 10 ilustra barras e fios de aço utilizados na construção civil Figura 10 Barras e fios de aço Fonte httpmuracocombrprodutos Perfis laminados os perfis laminados são vergalhões laminados apresentados na forma de barras com diversas configurações de seção transversal Os principais perfis são L comercialmente conhecido como cantoneira U T I comercialmente conhecido como duplo T e Z conforme mostra a Figura 11 São denominados por sua altura em cm ou polegadas Figura 11 Tipos de perfis laminados Fonte httpsdrivegooglecomfiled0B9gAwK36QvNkFKNkE5RmZlOVEview Na construção civil para atender à qualidade comercial os perfis laminados devem ter resistência à tração variando entre 3867 a 5625 Kgfmm² Para pontes edifícios e grandes estruturas os perfis devem ter resistência entre 4219 a 5273 Kgfmm² Já para vagões locomotivas e navios os valores são especiais Aços 19 Ferro fundido o ferro fundido tem como produto importante para a construção civil os tubos para a construção de rede de água e esgoto Os tubos são retos com bolsa para encaixe com diâmetro a partir de três polegadas conforme ilustrado na Figura 11 Possuem resistência e preço superior aos similares Figura 11 Tubo de ferro fundido Fonte httpwwwferpaccombrimagensinformacoestuboferrofundido03jpg Arames os arames podem ser pretos ou galvanizados São fornecidos em rolos e designados pelo calibre da fieira Figura 319 Na construção civil para a montagem e amarração das armaduras é usual a utilização do arame galvanizado de nº 18 Figura 11 Arames utilizados na construção civil Fonte Loja Elétrica 2021 Cordoalhas são fios de aço trançados com alta resistência à tração e alta rigidez e possuem bitolas variadas Na construção civil são utilizados para estais e tirantes para protensão conforme Figura 12 Aços 20 Figura 12 Cordoalhas de aço Fonte httpwwwwikiartigoscombrahistoriamodernadoscabosdeaco Pregos os pregos utilizados na construção civil podem ser de aço inoxidável galvanizado ou polido e possuem dimensões diversas conforme mostra a Figura 13 São caracterizados por dois números O primeiro referese ao diâmetro e o segundo está relacionado ao comprimento em linha portuguesa 1 linha 23 mm Figura 13 Tipos de pregos Fonte httpwwwwikiartigoscombrahistoriamodernadoscabosdeaco Tubos galvanizados Os tubos galvanizados são utilizados na construção civil para a canalização de água vapor gás e ar comprimido como ilustrado na Figura 14 De acordo com a pressão de serviço podem ser fornecidos com ou sem costura Aços 21 Foto 14 Tubos galvanizados 13413 Recebimento e armazenamento de barras de aço No recebimento do aço na obra o ideal é sempre conferir o tipo de material e quantidade através da etiqueta de identificação em cada rolo ou feixe essa etiqueta deve fornecer fabricante categoria do aço e o diâmetro nominal para barras com diâmetro maiores que 10 mm o fabricante deve estar estampado em relevo nas barras Além disso deve se verificar se existe oxidação em excesso homogeneidade na cor ou se apresenta dobras O armazenamento deve ser feito sobre pontaletes sem contato direto com o solo em local preferencialmente coberto separado por tipo de barra e bitola e próximo ao local do trabalho 13414 Sobre as principais normas e ensaios do aço Ensaio de determinação das propriedades mecânicas NBR 61522002 materiais metálicos determinação das propriedades mecânicas à tração Ensaio de Dobramento NBR 6153 1988 produtos metálicos ensaio de dobramento semiguiado Aços 22 Ensaio de determinação do coeficiente de conformação superficial NBR 74771982 Coeficiente de conformação superficial Especificações para o concreto armado NBR 74802007 especificações de barras e fios de aço para concreto armado Aços 23 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASKELAND D R The science and engineering of materials 2 SI ed London Chapman Hall 1990 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado especificação NBR 7480 Rio de Janeiro 1996 BATTAGIN A F ESPER M W Contribuição ao conhecimento das propriedades do cimento Portland de altoforno São Paulo ABCP sn t COLPAERT H Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns 3 ed São Paulo Edgard Blucher 1974 412 p DIAS L A M Estruturas de aço conceitos técnicas e linguagem 2 ed São Paulo Zigurate Editora 1998 159 p GUY AG Ciência dos Materiais Rio de Janeiro LTCEDUSP 1980 JASTRZEBSKI Z D Nature and properties of engineering materials New York and London John Wiley Sons Inc Tokyo Toppan 1959 SHACKELFORD J F Introduction to materials science for engineers 4 ed New Jersey USA Prentice Hall Simon SchusterA 1996 VAN VLACK L H Princípios de ciência dos materiais trad FERRÃO L P C São Paulo Edgard Blucher 1970 427 p VAN VLACK L H Princípios de ciência e tecnologia dos materiais trad MONTEIRO E 4 ed Rio de Janeiro Campus 1984 567 p