Resumo Histórico. Introdução ao estudo das Estruturas Metálicas. Resumo Histórico. Setembro/2015. Resumo Histórico Coalbrookedale Bridge

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Dina di Castro de Figueiredo
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1 Introdução ao estudo das Estruturas Metálicas Resumo histórico e aspectos gerais Uso e aplicação de estruturas metálicas Composição do aço estrutural FTC-116 Estruturas Metálicas Eng. Wagner Queiroz Silva UFAM O início da utilização de metais pela humanidade: 3500 a.c. Início do uso dos metais (cobre) 2500 a.c. O surgimento do bronze (cobre + estanho) 1700 a.c. Utilização do minério de ferro Obtenção do ferro por fundição com adição do coque e início da produção em larga escala Invenção da Máquina a Vapor Marca o início da Revolução Industrial Até então confeccionavam-se ferramentas, utensílios, objetos e máquinas, etc... Início da aplicação de estruturas metálicas: CoalbrookedaleBridge Ponte em arco com 30 metros de vão Invenção do laminador para produção de chapas Laminação dos primeiros trilhos de trem Construção das primeiras Estações ferroviárias em Londres Construção dos primeiros elevadores mecânicos Descoberta do processo de fabricação do aço Coalbrookedale Bridge Ponte sobre o rio Severn na Inglaterra Estrutura em ferro fundido Sistema estrutural em arco com 30 metros de vão Construções que marcaram época Construções que marcaram época 1850 Biblioteca St. Genoveva na França: 1ª obra em ferro projetada por Arquiteto Arcos treliçadosde ferro laminado apoiados em colunas de ferro fundido, sustentando uma cúpula (Biblioteca Nacional - França) Ponte do Brooklyn com 487 metros de vão Carnegie Steel Companycomeça a produzir vigas de aço laminado em substituição às vigas de ferro 1889 Construção da Torre Eiffel Galeria das Máquinas: 1ª obra que utilizou o aço como material estrutural 1890 Ponte Firth offorthna Escócia: 1ª ponte em aço do mundo com duplo balanço treliçado e 521 metros de vão Em seguida, o início do século XX foi marcado principalmente pela construção de inúmeros arranha-céus nos EUA 1

o da utilização de metais pela humanidade: 3500 a.c.

2 - Brasil No Brasil, teve início a fabricação do ferro fundido após a vinda de D. João VI. Com a presença da Corte no Rio de Janeiro, tornou-se necessária a abertura de portos, a qualificação da mão-de-obra local, para adaptar as cidades aos padrões europeus da época A partir daí, houve grande expansão das construções Houve certa expansão com a construção das primeiras ferrovias para a ocupação do país Com a ocorrência das duas grandes guerras mundiais, observou-se profundas alterações no panorama da construção em geral, refletindo-se no Brasil pela dificuldade de se conseguir material importado - Brasil No Brasil, na era Vargas teve início o processo de industrialização do país Em 1931 Getúlio criou a Comissão Nacional de Siderurgia Em 1941 começou a construção da Usina de Volta Redonda no Estado do Rio de Janeiro A Usiminas foi fundada em 1954 na cidade de Belo Horizonte, MG, e foi privatizada em 1991 A Cosipa iniciou suas atividades em 1963, sendo privatizada 30 anos depois A Cia. Siderúrgica de Tubarão no estado do Espirito Santo iniciou suas operações em 1983 e foi privatizada em 1992 A Açominas,hoje também privatizada, começou a operar em Manaus Pode-se dizer que houve duas fases marcantes: 1. Ciclo da Borracha Uso do ferro fundido para construção de pontes e galpões 2. Zona Franca Uso do aço em sistemas de coberturas e estruturas industriais Características Gerais As estrutura metálicas abrangem elementos como vigas, lajes, colunas, barras de treliças, peças de contraventamentoe sistemas de apoio e ligações Os desenhos de projeto envolvem plantas, cortes, vistas e detalhes de maneira a especificar toda a estrutura tridimensional. É importante que se garanta a total compreensão dos detalhes e a precisão na montagem da estrutura O aço estrutural como material é especificado basicamente pelo valor da sua tensão limite de escoamento e do módulo de elasticidade Características Gerais Estruturas mais leves e esbeltas: Devido a ótima relação resistência / peso Sistemas estruturais eficientes As características do aço permitem a execução de diversos tipos de sistemas estruturais, como treliças, estruturas tubulares, pórticos, etc. Grande atrativo para a construção dos edifícios altos (arranha-céus), que proliferaram pelas grandes metrópoles a partir do início do século XX Principais aplicações atuais Coberturas de médios e grandes vãos; Torres de transmissão e subestações; Pontes ferroviárias e rodoviárias; Edifícios industriais, comerciais e residenciais; Galpões, silos, hangares, garagens e estações; Plataformas offshore; Construção hidro-mecânica e naval; Guindastes e pontes rolantes; Instalações para exploração e tratamento de minério; Instalações industriais especiais. 2

grande expansão das construções Houve certa expansão com a construção das primeiras ferrovias para a ocupação do país Com a ocorrência das duas grandes guerras mundiais, observou-se profundas

3 Sistemas Estruturais de Edifícios Alguns exemplos atuais de aplicação das estruturas metálicas (Sistemas estruturais) Edifícios Altos Edifícios Altos Sistemas Estruturais de Coberturas Torres de transmissão 3

(Sistemas estruturais) Edifícios Altos Edifícios

4 Estruturas industriais Estruturas de Pontes Estruturas de Passarelas Galpões Ementa Básica do Curso Princípios básicos e introdução ao estudo das estruturas metálicas Propriedades e características dos produtos siderúrgicos Ações e segurança em estruturas metálicas Dimensionamento de peças e de ligações pelo Método dos Estados Limites o Esforços normais (tração e compressão) o Flexão simples e flexão composta o Ligações parafusadas e soldadas Projeto Detalhamento, desenhos e especificações normativas segundo a ABNT Obs.: O aço é o material mais empregado em estruturas metálicas atualmente, e por esse motivo, trataremos a partir de agora somente das Estruturas em Aço Vantagens do aço estrutural Alta resistência e durabilidade do material Processo de fabricação garante dimensões e propriedades homogêneas para o material e para as peças fabricadas Por tratar-se de estrutura com características de préfabricação, a sua aplicação em campo é rápida e limpa. Possibilidade de reduções em cronogramas de obras Flexibilidade de aplicação em situações especiais, tais como: reformas, reforços, canteiros exíguos ou estruturas temporárias Obs.: A aplicação de um determinado tipo de sistema estrutural (em aço, concreto ou madeira) deve ser precedida de uma avaliação das características de cada sistema e de cada material, optando pelo mais adequado à situação considerada. 4

flexão composta o Ligações parafusadas e soldadas Projeto Detalhamento, desenhos e especificações normativas segundo a ABNT Obs.

5 Desvantagens do aço estrutural Necessidade de tratamento e cuidados especiais contra corrosão Maior sensibilidade estrutural em caso de incêndio Por tratar-se, em geral, de estruturas esbeltas, é comum haver maior preocupação com a estabilidade e com vibrações indesejáveis na estrutura Necessidade de mão de obra especializada e de equipamentos para serviços de montagem e execução Obs.: Por tratar-se de estrutura com características de pré-fabricação, o projeto necessita adaptar-se à disponibilidade do fornecimento, e não o contrário! Consumo de aço: Brasil 5 quilos por habitante/ano Inglaterra 20 quilos por habitante/ano Alemanha/EUA 30 quilos por habitante/ano No Brasil, menos de 10% dos prédios com mais de quatro andares construídos usam estruturas de aço. Para efeito de comparação, na Inglaterra esse percentual chega a mais de 70% (Dados de 2010) Maiores obstáculos: cultural e econômico Percentual de empresas de estruturas metálicas por região Fonte: ABCEM Evolução do investimento da indústria de estruturas metálicas a preços constantes Fonte: IBGE Processo de produção do aço Atividades de atuação das empresas fabricantes de estruturas metálicas Fonte: Revista Construção Metálica (2010) Consiste basicamente na produção do ferro fundido a partir de minérios de ferro, para em seguida refina-lo com adições que formarão ligas metálicas Aço:liga metálica composta principalmente de ferro e pequenas quantidades de carbono (até 2,0%) 5

: Por tratar-se de estrutura com características de pré-fabricação, o projeto necessita adaptar-se à disponibilidade do fornecimento, e não o contrário!

6 AULA 01 Processo de produção do aço Processo de produção do aço Composição do aço O elemento mais importante na formulação do aço é o Carbono. As variações no teor de carbono determinam principalmente alterações na resistência e na maleabilidade do material Quanto maior o teor de carbono maior a resistência mecânica e menor a ductilidade, ou seja, o carbono reduz a capacidade do material de sofrer deformações sem romper Aços para construção civil: teor de carbono da ordem de 0,18% a 0,25% Os aços de teores baixos a moderados são os mais utilizados em estruturas por não necessitarem de cuidados especiais para serem soldados. Composição do aço Composição do aço Propriedades do Aço em função do Teor de Carbono Para o aço estrutural é desejado Boa ductilidade Homogeneidade material Soldabilidade Elevada relação entre a tensão resistente e a de escoamento Almeja-se ainda adequada resistência à corrosão 6

ou seja, o carbono reduz a capacidade do material de sofrer deformações sem romper Aços para construção civil: teor de carbono da ordem de 0,18% a 0,25% Os aços de teores baixos a moderados são os

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