ASPECTOS TECNOLÓGICOS DOS AÇOS ESTRUTURAIS

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1 Estruturas de aço. Aspectos tecnológicos e de concepção. Prof. Edson Lubas Silva Agradecimento ao Prof. Dr. Valdir Pignatta pelo material cedido ASPECTOS TECNOLÓGICOS DOS AÇOS ESTRUTURAIS 1

2 O que é o aço? ferro + carbono = aço minério de ferro minério de carvão + + impurezas impurezas A fabricação do aço 2

3 PROCESSO PRODUTIVO CARVÃO MINÉRIO DE FERRO COQUERIA COQUE RESÍDUOS ALTO FORNO PRODUTOS CARBOQUÍMICOS GUSA CARRO TORPEDO BENZENO TOLUENO XILENO PICHE NAFTALENO AMÔNIA ANIDRA OUTROS FUNDENTES SINTERIZAÇÃO SINTER LINGOTAMENTO CONVENCIONAL CONVERTEDOR LD DESSULFURAÇÃO ESTRIPAMENTO FORNO-POÇO LINGOTES AÇO AÇO FORNO PA NELA RH LINGOTES LINGOTAMENTO CONTÍNUO LAMINADOR PRIMÁRIO LAMINADOR SE CUNDÁRIO LAMINADOR BLOCOS / TARUGOS PLACAS ESTAÇÃO ARGÔNIO BLOCOS TARUGOS Etapas para a Fabricação do Aço Redução do minério de ferro Alto-forno MINÉRIO DE FERRO COQUE VENTANEIRAS CARRO-TORPEDO GUSA 3

4 Etapas para a Fabricação do Aço Refino do aço Aciaria Lança O 2 Escória Aço Líquido Etapas para a Fabricação do Aço Refino do aço Aciaria Escória Aço Líquido 4

5 Etapas para a Fabricação do Aço Lingotamento Contínuo Corte a Gás Placa Forno de Reaquecimento 5

6 Etapas para a Fabricação do Aço Conformação mecânica Laminação 6

7 Etapas para a Fabricação do Aço Conformação mecânica Laminação \ Etapas para a Fabricação do Aço Conformação mecânica Laminação 7

8 Matéria prima Tratamento: sinterização e coqueria Alto forno Fabricação do gusa Aciaria Fabricação do aço Lingotamento LTQ - Laminação de tiras a quente 1,80 mm 11,00 mm LCG - Laminação de chapas grossas 5 mm 140 mm LTF - Laminação de tiras a frio 0,60 mm 3,00 mm 8

9 Desbastador 9

10 D E S B A S T A D O R 1 o Passe 2 o Passe 3 o Passe 4 o Passe 5 o Passe 6 o Passe CONJUNTO UNIVERSAL 1 o Passe Edger 2 o Passe 3 o Passe Edger 5 o Passe Edger 6 o Passe 7 o Passe Edger 9 o Passe Edger 10 o Passe 7 o Passe 4 o Passe 8 o Passe Saída do Conjunto Universal 10

11 Placas Bobinas Chapas PLANOS Produtos de Aço NÃO-PLANOS Lingotes,blocos e tarugos Trilhos Perfis Vergalhões Tubos Fio-máquina Controle de qualidade ao longo de todo processo 11

12 Indústria siderúrgica Distribuidores de produtos siderúrgicos Grandes fabricantes de estruturas metálicas Grandes fabricantes de componentes metálicos Pequenos fabricantes Montadoras PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS ESTRUTURAIS 12

13 Deformação em um corpo de prova submetido à tração F Diagrama tensão-deformação em escala real Diagrama tensão-deformação em escala deformada resistência à ruptura - f u resistência ao escoamento - f y ruptura resistência associada ao limite de proporcionalidade - f p patamar de escoamento p regime elásticolinear y regime plástico s t encruamento u 13

14 Elasticidade Capacidade do elemento voltar à forma original após sucessivos ciclos de carregamento e descarregamento. A deformação elástica é reversível: desaparece quando a tensão é removida. Em nível de microestrutura A deformação elástica é conseqüência da movimentação dos átomos constituintes da rede cristalina do material, desde que a posição relativa desses átomos seja mantida. 14

15 DISPOSIÇÃO DE ÁTOMOS DE FERRO NO CRISTAL ELEMENTO IDEAL MODELO DE ESFERAS RÍGIDAS MECANISMO DE ESCORREGAMENTO NO CISALHAMENTO (SIMPLIFICADO) ELASTICIDADE 15

16 Deformação plástica Deformação permanente provocada por tensão igual ou superior à resistência associada ao limite de proporcionalidade Resultado de um deslocamento permanente dos átomos que constituem o material deformação elástica + deformação plástica deformação plástica residual após o descarregamento MECANISMO DE ESCORREGAMENTO NO CISALHAMENTO (SIMPLIFICADO) ELASTICIDADE PLASTICIDADE Sem imperfeições f u = E/20 16

17 DISPOSIÇÃO DE ÁTOMOS DE FERRO NO CRISTAL ELEMENTO REAL - IMPERFEIÇÕES VÁZIOS ÁTOMO IMPURO Ductilidade Ductilidade é a capacidade dos materiais de se deformar plasticamente sem se romper 17

18 Ductilidade redistribuição de tensões elevadas grandes deformações aviso de tensões elevadas F F f y M f y f y f y M 18

19 Tensões residuais f y f y arctan E f y - r Aço virgem Aço com tensão residual 19

20 TIPOS DE AÇOS AÇOS-CARBONO AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA SEM TRATAMENTO TÉRMICO AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA COM TRATAMENTO TÉRMICO AÇOS-CARBONO não contém elementos de liga podem ser divididos em baixo, médio e alto carbono (baixo carbono - mais adequados à construção civil. Tipode Aço fy fu (MPa) (MPa) ASTM-A ASTM-A570(gr.36) NBR6648/CG * 410 * 245 ** 410 ** NBR6650/CF NBR7007/MR

21 AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA SEM TRATAMENTO TÉRMICO f y 300MPa elementos de liga, com teor inferior a 2%, maior resistência mecânica ou resistência à corrosão adequados à utilização na construção civil (necessária uma análise econômica comparativa com os aços-carbono, que têm menor resistência e custo unitário menor) Tipo de Aço fy fu (MPa) (MPa) COS-AR-COR COS-AR-COR USI-SAC (SAC 50) USI-SAC (SAC-41) CSN-COR CSN-COR

22 AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA COM TRATAMENTO TÉRMICO elementos de liga com teor inferior a 2% + tratamento térmico especial posterior à laminação alta resistência mecânica (f y 300Mpa) aplicação: tanques, vasos de pressão, dutos forçados AÇOS SEM QUALIFICAÇÃO ESTRUTURAL aço SAE são freqüentemente empregados na construção civil componentes de telhas caixilhos chapas xadrez estruturas (indevidamente) não são aços estruturais 22

23 designação dos aços SAE SAE elemento de liga (para o aço carbono o algarismo é 1) porcentagem aproximada da liga (zero significa a ausência deste elemento) teor médio de carbono (20 significa 0,20% médio de carbono) NBR Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio A utilização de aços sem qualificação estrutural para perfis é tolerada se o aço possuir propriedades mecânicas adequadas para receber o trabalho a frio e f y 180MPa f u 300MPa 23

24 Elementos de aço CHAPAS Produtos planos laminados de aço com largura superior a 500mm, sendo classificados como: chapas grossas - t > 5mm chapas finas - t 5mm 24

25 chapas grossas espessura: 5,00mm < t 150,00mm largura-padrão: 1,00m L 3,8m comprimento-padrão: 6,00m c 12,00m chapas grossas dimensões preferenciais (mais econômicas) largura: 2,44m comprimento: 12,00m espessuras: conforme tabela 25

26 Espessuras-padrão das chapas grossas de aço ( mm ) 6,30 25,0 8,00 31,5 9,50 37,5 12,5 50,0 16,0 63,0 19,0 75,0 22,4 100,0 chapas grossas Utilização perfis soldados perfis formados a frio (depende da disponibilidade de equipamento) chapas de ligação, placas de base, chapas de piso 26

27 chapas finas espessura: 0,60mm t 5mm chapas finas a quente: 2mm t 5mm chapas finas a frio: 0,60mm t 3mm largura-padrão: 1,00m L 1,50m comprimento-padrão: 2,00m c 3,00m (chapas a frio) 2,00m c 6,00m (chapas a quente). chapas finas dimensões preferenciais (mais econômicas) largura: 1,20m comprimento: chapas finas a quente: 3m chapas finas a frio: 2m ou bobina (custo menor) espessuras: conforme tabela 27

28 Espessuras-padrão das chapas finas de aço ( mm ) 0,60 2,25 0,75 2,65 0,85 3,00 0,90 3,35 1,06 3,75 1,20 4,25 1,50 4,50 1,70 4,75 1,90 5,00 chapas finas Utilização perfis formados a frio (chapa dobrada) telhas, caixilhos 28

29 PERFIS perfis de utilização corrente seção em forma de: I, H, U, Z - denominação análoga a essas letras L - cantoneira Os perfis podem ser obtidos por: laminação - Perfis laminados conformação a frio - Perfis formados a frio soldagem de chapas - Perfis soldados eletrofusão - perfis eletro-soldados 29

30 PERFIS SOLDADOS Perfil soldado é o perfil constituído por três chapas de aço estrutural, unidas entre si por soldagem a arco elétrico, formando aproximadamente em sua seção transversal um I. largamente empregados na construção de estruturas de aço grande versatilidade de combinações possíveis de espessuras com alturas e larguras redução do peso da estrutura, comparativamente com os perfis laminados disponíveis no mercado atualmente. PERFIS SOLDADOS produzidos pelos fabricantes de estruturas metálicas a partir do corte e soldagem das chapas fabricadas pelas usinas siderúrgicas soldagem: eletrodo revestido, arco submerso ou outro tipo material de solda - compatível com o tipo de aço a ser soldado (características similares de resistência mecânica, à corrosão, etc.) 30

31 NBR 5884 Perfil I estrutural de aço soldado por arco elétrico Série VS perfis tipo viga 1,5 < d/b f 4 Série CS - perfis tipo pilar d/b f = 1 Série CVS - perfis tipo viga-pilar 1 < d/b f 1,5 Série PS quaisquer dimensões, fabricado conforme NBR Designações série - altura em milímetros - massa aproximada em quilogramas por metro CS 300x62 (d = 300mm; massa = 62,4 kg/m) 31

32 Perfis formados a frio 32

33 Perfis formados a frio Processos de fabricação Descontínuo realizado por prensa dobradeira a faca da dobradeira é prensada contra a chapa de aço, obrigando-a a formar uma dobra várias operações similares a essa fornecem à seção do perfil a geometria exigida no projeto o comprimento do perfil está limitado à largura da prensa. adequado a pequenas quantidades de perfis. 33

34 34

35 Perfis formados a frio processos de fabricação Contínuo deslocamento longitudinal de uma chapa de aço, sobre os roletes de uma linha de perfilação os roletes conferem à chapa, a forma definitiva do perfil quando o perfil deixa a linha de perfilação, ele é cortado no comprimento indicado no projeto adequado à fabricação em série. 35

36 36

37 processo contínuo fabricantes especializados em perfis formados a frio processo descontínuo fabricantes de estruturas metálicas. 37

38 Estricção Perfis formados a frio dobramento aumento de resistência aumento da resistência ao escoamento e da resistência à ruptura devido ao dobramento fenômeno conhecido como envelhecimento (carregamento até a zona plástica, descarregamento, e posteriormente, porém não imediato, o carregamento). redução de ductilidade qualquer processo de fabricação: perfilação ou dobradeira 38

39 39

40 Raio de dobramento Raio de dobramento depende do tipo de aço Dureza Resistência Fabricação (Ca-Si) Direção de dobramento 40

41 PERFIS LAMINADOS PERFIS LAMINADOS fabricados na laminação à quente nas usinas siderúrgicas 41

42 D E S B A S T A D O R 1 o Passe 2 o Passe 3 o Passe 4 o Passe 5 o Passe 6 o Passe CONJUNTO UNIVERSAL 1 o Passe Edger 2 o Passe 3 o Passe Edger 5 o Passe Edger 6 o Passe 7 o Passe Edger 9 o Passe Edger 10 o Passe 7 o Passe 4 o Passe 8 o Passe 42

43 Saída do Conjunto Universal 43

44 PERFIS LAMINADOS Mesas com faces paralelas Mesas com faces inclinadas 44

45 Detalhes Perfis eletro-soldados Mesa superior Mesa inferior Alma 45

46 Fábrica Processo de eletrofusão Produtos Fabricados hoje conforme padrão de tolerância da NBR 15279: Aço ASTM A572 grau 50 ou Cos Ar Cor

47 93 Como Especificar Denominação do perfil nome - VE, CE, CVE e VEE Classe do perfil classe 1 e 2 Padrão de tolerância 1 - especial, 2 - convencional, 3 - estaca Ex: altura VE 300 x 26 Viga eletro-soldado Peso por metro linear 47

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