Universidade Católica de Petrópolis. Materiais de Construção 2011 Prof. Robson Luiz Gaiofatto, D.Sc.

Transcrição

1 Universidade Católica de Petrópolis Engenharia Civil Parte VII Materiais de Construção 2011 Prof. Robson Luiz Gaiofatto, D.Sc.

2 UCP Mateco - Civil Programa: 1. Aglomerantes; Asfaltos, cal, gesso e cimentos; 2. Cimentos Portland; 3. Agregados; Areias e britas; 4. Água e Solo; 5. Argamassas e Concretos; Dosagens, Aditivos e normas técnicas de controle de qualidade; 6. Concretos especiais; CAA, CAD, RPC, Translúcidos e flexíveis. 7. Ensaios não destrutivos do Concreto; Esclerometria, Pinos, Ultra-som, etc. 8. Argamassas especiais e materiais de recuperação estrutural; Argamassas poliméricas, polímeros, epóxis, poliéster, groutes. 9. Madeiras; Estruturais; Para revestimento; 10. Materiais metálicos; Materiais ferrosos; Aço comum e galvanizado, ferro fundido, etc. Materiais não ferrosos: Aços inoxidáveis, Alumínio e ligas em geral. 2

3 Programa (cont.) 11. Materiais cerâmicos; Telhas, tijolos, pisos e revestimentos. 12. Tintas e Vernizes; Acabamento e proteção Acabamento e proteção 13. Impermeabilizantes e Borrachas; Mantas, mastiques e pinturas Plásticos; Vidro; Materiais Compósitos; Matrizes e fibras. 17. Patologias e danos na construção civil

4 Mateco - UCP - Civil Materiais Metálicos: Os materiais metálicos são substâncias inorgânicas que contêm um ou mais elementos metálicos e que também podem conter alguns elementos nãometálicos; Visando à melhoria das suas propriedades (por exemplo, resistência mecânica e resistência à corrosão), a maioria dos materiais metálicos são ligas metálicas; As ligas metálicas são constituídas pela combinação química de dois ou mais elementos metálicos (como o latão, liga cobre-zinco) ou por um ou mais elementos metálicos combinados com um ou mais elementos não-metálicos (como o aço, liga ferro-carbono);

5 Os metais e suas ligas podem ser divididos em duas grandes classes: materiais metálicos ferrosos e não-ferrosos; Os ferrosos contêm uma percentagem elevada de ferro em sua composição química, sendo este elemento o seu principal constituinte (aços e ferros fundidos); Os não-ferrosos não contêm ferro ou contêm o ferro apenas em pequena quantidade (tais como o alumínio, o cobre, o níquel, o chumbo, assim como as suas respectivas ligas);

6 As ligas ferrosas (principalmente os aços) contribuem com a grande parte da produção mundial de materiais metálicos, em função de uma combinação de boa resistência mecânica, tenacidade e ductilidade, associadas a um custo de produção relativamente baixo; As ligas ferrosas possuem algumas limitações quando comparadas com as ligas não ferrosas, incluindo principalmente: massa específica relativamente alta, baixa condutividade elétrica e susceptibilidade à corrosão em alguns ambientes comuns;

7 Apesar de seu maior custo de produção, é vantajoso ou mesmo necessário o uso de ligas não ferrosas para muitas aplicações em função de uma combinação mais adequada de propriedades; As ligas não ferrosas são classificadas em função do seu elemento químico principal ou de alguma característica específica que compartilham; Dentre as ligas não ferrosas mais importantes na construção civil estão incluídas as de alumínio, cobre e zinco;

8 Produção do alumínio (Abal,2007; Chiaverini,1986); A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, a qual é constituída por um óxido hidratado (Al2O3.H2O), tendo ainda óxido de ferro, sílica, óxido de titânio e outros compostos em menores quantidades; A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina (Al2O3) aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável; O processo de obtenção de alumínio primário divide-se em três etapas: mineração, obtenção da alumina e eletrólise da alumina;

9

10 Produção do alumínio (Abal,2007;Chiaverini,1986) O alumínio também pode ser produzido a partir da reciclagem de sucatas; Utensílios domésticos, latas de bebidas, esquadrias, componentes automotivos, entre outros, podem ser fundidos e empregados novamente na fabricação de novos produtos; A reciclagem do alumínio representa uma economia de recursos naturais e de energia elétrica (consomem-se apenas 5% da energia necessária para produção do alumínio primário); Dentre os principais processos de conformação mecânica utilizados para a fabricação de produtos de alumínio (que também se aplicam aos outros tipos de metais não ferrosos), incluem-se laminação, extrusão, estampagem e trefilação;

11 Produção do cobre (Andrade e tal., 1997) Produtos de cobre primário originados em etapas distintas dos processos de extração, fundição e refino; Minério de cobre mineral extraído da mina, cujo conteúdo oscila entre 0,7% e 2,5% de cobre; Concentrado de cobre minério de cobre que, através de um processo de moagem das rochas e mistura com água e reagentes, passa a apresentar entre 30% e 38% de cobre; Cobre fundido concentrados que, por pirometalurgia, transformam-se em cobre blister (98,5% de cobre) e, posteriormente no anodo de cobre (99,7% de cobre); Cobre refinado anodos e soluções (no caso da lixiviação) que são refinados por processo de eletrólise, resultando nos cátodos (99,9% de cobre).

12

13 Produção do zinco (Andrade e tal., 1998) O zinco apresenta se principalmente sob as formas de minério sulfetado e minério oxidado; Minério sulfetado A esfarelita (sulfeto de zinco) é a principal espécie minerológica. É uma ocorrência primária de zinco com teores médios de 5% de Zn e são, normalmente, obtidos através de lavra subterrânea; Minério oxidado Constitui-se de calamina (silicato hidratado de zinco) e w illemita (silicato de zinco) associadas a carbonato de zinco. É uma ocorrência secundária de zinco, encontrada em depósitos superficiais;

14 Produção do Zinco (Andrade e tal., 1998) Após a lavra, o minério é beneficiado por meio de britagem e moagem, passando, posteriormente, pelo processo de flotação para separação do zinco dos outros minerais com valor econômico; O concentrado de sulfeto de zinco obtido contém entre 30% e 56% de Zn; Processos básicos de produção de zinco primário: pirometalúrgico e o hidrometalúrgico (o mais utilizado); O zinco também pode ser reciclado principalmente do latão e do bronze, de peças fundidas e do aço galvanizado (incluindo tubos, eletrodomésticos e componentes elétricos);

15 Aços carbono comuns Principais aplicações e usos não estruturais: Arames recozidos, telas de gabiões, telas soldadas (para cercamentos e alambrados), chapas lisas ou corrugadas (para revestimento de pisos e paredes), tubos para encanamentos e seus acessórios, painéis de andaimes, telhas e tapamentos laterais, painéis (arquitetônicos e termo-acústicos), forros, esquadrias e seus acessórios, calhas, rufos, condutores verticais de águas pluviais e eletrocalhas; Podem ser revestidos superficialmente (por exemplo, por zinco, estanho, fósforo e materiais poliméricos orgânicos, como as tintas e vernizes) para uma melhor proteção contra a corrosão; Aços inoxidáveis Principais aplicações e usos não estruturais: Elemento decorativo de fachadas (revestimento de superfícies com chapas com acabamento espelhado, lixado, escovado ou colorido), elemento decorativo de interiores (corrimãos, divisórias, revestimento interno de elevadores, etc.), mobiliário urbano (sinalização, bancos, abrigos, lixeiras, etc.), caixas d água, cubas, revestimento de pias, válvulas, metais sanitários, coifas, ralos, etc.

16 Ferros fundidos Principais aplicações e usos não estruturais: Tampões de pista de rolamento e de calçada (para visitas em redes de água, esgoto, telefonia e elétrica), grelhas para águas pluviais, grades decorativas, tubos para redes de água e seus acessórios (válvulas, conexões, etc.), ralos, caixas de correio, etc. Em todos os metais não estruturais devem ser observadas as diversas ligas resultantes de sua combinação com variados outros elementos químicos.

17 Produtos de aço galvanizado; O processo de galvanização associado com os produtos utilizados na construção civil é normalmente realizado pelo processo contínuo de imersão a quente (galvanização a quente); Neeste processo, um substrato de aço (chapa ou bobina) é revestido em ambos os lados através da sua imersão contínua em um banho de zinco fundido; As chapas ou bobinas galvanizadas são fornecidas, por exemplo, em espessuras entre 0,3mm a 2,7mm e larguras entre 700mm a 1534mm;

18 Produtos de aço galvanizado; A N B R 7008 (A B N T ) estabelece a massa mínima do revestimento por unidade de área de chapas e bobinas galvanizadas pelo processo contínuo de imersão a quente; A N B R 6331(A B N T, ) estabelece a massa mínima do revestimento de zinco de arames galvanizados para uso geral; A N B R 8964 (AB N T) estabelece a massa mínima da camada de zinco de arames de aço utilizados na confecção de gabiões;

19 Produtos de aço galvanizado: Telhas de aço galvanizadas: Telhas de seção ondulada especificada pela N B R (AB N T) Telhas de seção trapezoidal especificada pela N B R (A B N T) Possuem espessura nominal entre 0,32 mm a 0,80 mm Massa mínima do revestimento (somadas duas faces) de 260 g/m 2

20 Telhas de alumínio: Empregadas, principalmente, em coberturas e revestimentos de edificações não-residenciais; Por serem produzidas em ligas estruturais de alumínio, são resistentes às cargas de vento; S ão mais leves e mais resistentes à corrosão atmosférica do que as de aço galvanizado, o que lhes garante maior vida útil; D evido à sua boa capacidade de refletividade das irradiações solares e à sua boa condutividade térmica, favorecem o conforto térmico nos ambientes em que são aplicadas; D isponíveis em formatos ondulados e trapezoidais, nos acabamentos natural, stucco (acabamento na superfície da telha em forma de granulação) e pintado. tuucco(acabamentonasuperfíciedatelhanaformadegranulação)epintado Possuem espessuras entre 0,4 mm a 1,0 mm, comprimentos entre 1m a 14m, larguras total entre 1072 mm a 1080 mm e alturas entre 18,5mm a 38,5mm; Especificadas pela N B R 14331(A B N T)

21 Tuboseconexõesdeferrofundido Os principais tipos de tubos e conexões de ferro fundido são produzidos em ferro fundido dúctil; Principais aplicações: Obras de engenharia sanitária (adutoras, redes de água, redes de esgoto, emissários, instalações de estações de recalque, etc.); Indústria petroquímica, no transporte de gases, de ar comprimido e de matérias s ó lidas em suspensão;

22 Tubos e conexões de ferro fundido: Podem possuir juntas em flange, mecânicas ou elásticas. As juntas elásticas apresentam facilidade de montagem e flexibilidade. São formadas pela ponta de um tubo, pela bolsa contígua de outro tubo ou conexão e por um anel de borracha; As juntas em flange são constituídas por dois flanges, entre os quais se interpõe uma arruela especial, que é comprimida pelo aperto dos parafusos com porcas. São utilizadas em instalações industriais, em tubulações de recalque, em captações e tomadas d água, em barriletes, etc. A N B R 7675 (AB N T ) especifica os requisitos, exames e métodos de ensaio aplicáveis para fabricação, recebimento e aplicação de tubos, conexões e acessórios de ferro fundido dúctil para canalizações (operadas com ou sem pressurização) empregadas em adução e distribuição de água; A N B R 7674 (A B N T ) e a N B R (A B N T ) fixam as condições para a inspeção e o recebimento das juntas elásticas para tubos e conexões de ferro fundido dúctil, bem como para as canalizações sob pressão;

23 Tubos e conexões de ferro fundido: A NBR (A B N T ) fixa as condições exigíveis para fabricação e recebimento de tubos de ferro fundido dúctil centrifugado, com flanges roscados ou soldados, para condução de água e outros fluidos sob pressão; A NBR (A B N T ) estabelece as condições exigíveis para aceitação do revestimento interno de argamassa de cimento em tubos de ferro fundido dúctil;

24 Estanho + Cobre = Bronze = 2500 a.c. Aços Estruturais: Aços para concreto armado = CA Aços para concreto protendido = CP Aços para estruturas: Aço carbono Aço de Alta Resistência Aços Patináveis Aços especiais Chapas dobradas para estruturas e steel deck

25

26 Aço = Minério de Ferro + Coque + Cal Ferro na natureza: Hematita (Fe2O3) Magnetita (Fe3O4) Limonita (FeO(OH)) Siderita (FeCO3) Pirita (FeS2) Ilmenita (FeTiO3) Alto forno = Ferro Gusa + Escória Ferro Gusa 1,7 a 6,67% de Carbono Se teor de carbono < 1,7% = Aço

27

28 Aço = Minério de Ferro + Coque + Cal 1 Preparação da carga ou sinterização Sinter = Minérios (finos) são aglomerados pela cal e finos de coque. 2 Redução Alto-forno Pré-aquecimento a 1000 graus C soprado por baixo Fundição da carga redução do minério = ferro gusa Gusa liga de ferro e carbono de alto teor Escória Calcário + impurezas ferrosas ou não. 3 Refino: Aciarias a oxigênio ou elétricas Transforma Gusa líquido ou sólido + sucatas de ferro ou aço em aço líquido. Parte do carbono e das impurezas são removidos através da escoria de aciaria. Aço é solidificado em equipamentos de lingotamento contínuo ou convencional (semi-acabados, lingotes e barras). 4 Laminação Os laminadores transformam os produtos anteriores em diversos materiais conforme forma e composição

29

30 Laminação à quente ou à frio (forjamento); Produtos de siderurgia: NBR 7007 Perfis laminados NBR 6648 Chapas finas NBR 5000 Chapas grossas NBR 5008 Chapas grossas resistentes à corrosão NBR 5920/21 Chapas finas resist. à corrosão NBR 8261 Perfis tubulares de aço carbono Normatizações mais comuns: ASTM A-36 / A-572 / A-588 SAE/AISI 1010/1020/1050/.

31 Mateco - UCP - Civil Propriedades dos aços: Resistências mecânicas: Tenacidade Conformabilidade Soldabilidade Temperabilidade Resistência à corrosão Aço Inoxidável: Cr, Ni, + outros Aço de corte rápido: <= 20% de Tungstênio Aços Rápidos (instr. Corte) para ferramentas com alta dureza Aços Silício, entre 2,5 a 4,5% de tungstênio com alta resistência elétrica e baixa magnetização. Aço Carbono (NBR 6215) não contém ligas e apenas teores residuais de Cr, Ni, Si e Mn C<0,3% Estr. Metálicas 440 MPa C<=0,5% MPa C>0,5 780 MPa - Parafusos, rodas e trilhos ferroviários altas temperaturas Aços Patináveis ou aclimáveis (alta resistência à corrosão atmosférica) Baixa Liga (Cu, Ni, Cr, etc) Corten, SAC e Cos-Ar-Cor

32

33 Mateco - Civil

34

35

36

37

38 Mateco UCP - Pisos Produtos siderúrgicos estruturais: Telas de aço: Q/R Perfis Laminados L, I, H, Z, etc. Perfis Soldados CS, VS e CVS Chapas dobradas, comuns e reforçadas L, T, C, Z,.. Steel Deck

39 Mateco UCP - Pisos

40

41 Chapas dobradas normais E reforçadas

42

43 Compatibilidade entre base e solda

44 Aços para concreto armado (CA) CA-25 fyk = 250 MPa CA-50 fyk = 500 MPa CA-60 fyk = 600 MPa Bitolas comerciais: 3.4, 4.2, 4.6, 5.0, 6.0, 6.3, 7.0, 8.0, 10.0, 12.5, 16, 20, 22, 25, 32 mm. NBR 7480/96 Barras e fios de aço para armadura de concreto. Fios <= 6,0 mm Comprimento: 11 m +- 9% Marcação e variação até 6% se diâmetro <= 10mm ou 10% se diâmetro > 10 mm. Testes: Massa, resistência à tração, dobramento (180 graus) e alongamento (0,2% = εy). Amostras com 2,2 m (1 em lote identif. ou 2 em lote não ident.) Contra-prova 2 amostras Lotes = 30 t Soldabilidade, conforme NBR 8965 ou 6118 NBR 7483/91 Fios de aço para concreto protendido: CP 190 RB NBR 7482/91 Cordoalhas de aço para concreto protendido: 3, 5 e 7 fios.

45 Limites conforme NBR 7480/96: Fy, Fr, Along(%), Diâm. Pino(<20mm e => 20 mm) CA , 1.2fy, 18, 2φ, 4 φ CA , 1.1fy, 8, 4 φ, 6 φ CA , 1.05fy, 5, 5 φ Se CA-50 >=32 mm - 8 φ