UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Escola de Minas - DECIV Engenharia Civil Materiais de Construção II

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Escola de Minas - DECIV Engenharia Civil Materiais de Construção II

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4 Ligação Metálica Elétrons da última camada dão origem a nuvens eletrônicas Elétrons livres entre cátions de metais Agregado de cátions mergulhados em um mar de elétrons livres

5 Rede Cristalina Disposição geométrica dos átomos que se repete regularmente no espaços; Os íons metálicos se distribuem nos reticulados unitários cristalinos; A estrutura dos reticulados cristalinos é compacta e altamente estável; A estrutura cristalina deforma-se com facilidade.

6 Dureza Resistência a deformações permanentes; Relação com a força de ligação dos átomos; Mais duro: CROMO (Cr); Mais brandos: ALCALINOS (Li, Na, K, Ca). Durômetro HB Medição de Dureza Brinell

7 Dureza

8 Densidade Variação da densidade dos diferentes tipos de materiais

9 Pontos de Fusão e Ebulição Normalmente elevados Tungstênio (W): PF = 3410 C; PE = 5927 C Mercúrio (Hg) PF = 39 C; PE = 357 C

10 Maleabilidade Capacidade de formar lâminas; Os metais são na sua maioria maleáveis. ouro

11 Ductilidade Capacidade de formar fios.

12 Condutividade Bons condutores térmicos e elétricos Destaques: Au, Ag, Al e Cu

13 Resistência Mecânica Resistência à Tração: É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento. NBR-6152 para metais Compressão:

14 Escoamento Deformação do metal mesmo sem o acréscimo de tensão; Deformações de natureza plástica.

15 Resistência Mecânica Tenacidade: Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura

16 Corrosão Tendência do metal de voltar a forma mais estável

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18 Metais Ferrosos: Metais Não Ferrosos:

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20 Minério: Galena (PbS)

21 Aplicações Tubos e artefatos de canalizações Impermeabilização de coberturas; Chapas soldadas; Apoios de peças submetidas a vibrações; Máquinas, pontes; Fabricação de tintas.

22 Ligas contendo chumbo Solda de encanador - 2/3 chumbo e 1/3 estanho, Sn. Empregado em tubos e artefatos para canalização, absorventes de choques.

23 Minérios: Calcopirita (CuFeS 2 ) e Cuprita (Cu 2 O) Metal de cor avermelhada, muito dúctil e maleável, embora duro, pode ser reduzido a laminas e fios extremamente finos.

24 Aplicações Ponto de fusao entre 1050 e 1200 C; Densidade relativa entre 8,6 e 8,96; Ruptura à tração entre 20 e 40 Kgf/mm²; Indústria de tintas (Fungicida); Condutores elétricos (Fios e cabos); Instalações de água quente e de gás; Revestimento de paredes e ornatos diversos.

25 Ligas contendo cobre Bronze - Cu-Sn 85% a 95% de Cobre Usado na construção de ferragens e ornatos; É de difícil oxidação, muito duro, mas bastante flexível. alta condutibilidade térmica; Muitas vezes a liga tem também zinco e chumbo.

26 Ligas contendo cobre Latão - Cu-Zn 60% a 95% de cobre Dúctil e maleável a quente. Dificilmente se oxida e é muito resistente. Mais estável no ar que o cobre Pode adquirir belo polimento. É muito empregado em ferragens: torneiras, tubos, fechaduras, ornatos, ferragens de esquadria, metais sanitários.

27 Minério: Esfarelita (sulfeto de zinco) Metal cinza-azulado

28 Aplicações Ponto de fusão 400 C; Densidade relativa 7 e 7,2g/cm³; Resistência à tração 16kgf/mm²; Baixa resistência a ácidos; Fabricação de ligas Proteção superficial do aço Galvanização Telhas e calhas para coberturas Pigmento de tintas Torneiras, tubos e fechaduras

29 Minério: Cassiterita

30 Aplicações Como substituto do chumbo; Na proteção superficial do aço, pois é de difícil oxidação; Folhas de Flandres.

31 Minério: Bauxita (Al 2 O 3. H 2 O)

32 Cadeia de Produção

33 Características e Propriedades Leve e Versátil (densidade relativa entre 2,56 e 2,67 g/cm³); Ruptura à tração entre 8 e 14 Kgf/mm² - temperado: 50Kgf/mm². Se funde a 600 a 650 C; Excelente condutividade elétrica e térmica; Difícil a soldagem; Resistente ; Durável; Não oxida - enferruja; Permite belo acabamento; Fácil manutenção; Caro.

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35 Aplicações esquadrias (portas e janelas), forros, divisórias, acessórios para banheiros, estruturas pré-fabricadas, elementos decorativos de acabamento Transmissão de energia elétrica. Extrudados

36 Aplicações Lâminas e chapas, lisas ou lavradas, estampadas, corrugadas, vincadas ou estiradas Telhas e fachadas Tintas

37 Condutividade e Resistência Elétrica Os metais puros apresentam maior condutividade que as ligas; Os elétrons movimentam-se mais facilmente em meio homogêneo; (99,98% de pureza): Utilizado como condutor elétrico ( 60% de Ni + 40% de Cr): Utilizada como resistência de chuveiro Resistência elétrica 12 vezes maior que o Ni e 8 vezes maior que o Cr.

38 Resistência Mecânica As ligas superam os metais puros porque a presença de outros átomos no reticulado cristalino dificulta a deformação da estrutura. O aço é 3 vezes mais resistente à tração que o ferro puro.

39 Dureza São mais duras que os metais componentes; Entretanto, não são tão maleáveis. Ferro com alto índice de carbono é duro e quebradiço.

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41 Minério de Ferro: Hematita e Magnetita

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47 Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,05% a 1,7%.

48 Características e Propriedades Representa 90% dos metais consumidos; Alta Resistência ( impacto, corrosão, desgaste); Baixo custo; Flexível; Liberdade no projeto de arquitetura: Maior área útil; Compatibilidade com outros materiais; Menor prazo de execução; Organização do canteiro de obras;

49 Características e Propriedades Racionalização de materiais e mão-de-obra; Alívio de carga nas fundações; Garantia de qualidade; Antecipação do ganho; Precisão construtiva.

50 Diagrama tensão x deformação diferentes teores de carbono

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53 Há duas classes gerais de aços: os aços ao carbono; os aços especiais ou aços-liga.

54 Aço Carbono São os que contém além do ferro, pequenas porcentagens de: carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo. Os elementos mais importantes: ferro e Carbono. manganês e silício melhoram a qualidade do aço, enxofre e fósforo são elementos prejudiciais. A quantidade de carbono define a resistência do aço: Um aço com 0,50% é mais resistente que um aço com 0,20% de carbono.

55 Produção do Aço 3 etapas metalúrgicas: Redução Refino Laminação

56 Produção do Aço No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de cimento.

57 Produção do Aço A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições.

58 Produção do Aço Na laminação o aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras, etc.

59 Formas comerciais do Aço

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61 Folhas de Flandres: São chapas finas de aço cobertas por leve camada de estanho, para não oxidar, obtida por imersão ou deposição eletrolítica. Chapas Galvanizadas: São chapas finas de aço revestidas com zinco. É a imersão da chapa em um banho de zinco fundido. Chapas Lisas Pretas: São chapas de ferro fundido, pretas, lisas, laminadas a quente e a frio.

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63 Aço Galvanizado Mais resistente; Possui a mesma composição química do carbono mas é revestido por uma camada de zinco. Usado em calhas para coleta d'água e alguns tipos de tubulação.

64 Aço Carbono os aços com porcentagem acima de 0,35% de carbono podem ser endurecidos por um processo de aquecimento e resfriamento rápido denominado têmpera.

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66 Aço Carbono Trefilação: Para a fabricação de CA60 o processo utilizado pode ser o de Trefilação ou a Laminação a Frio.

67 O que são barras e fios? Qual a principal diferença entre ambos? Na norma, barras são produtos obtidos por Laminação a Quente, com diâmetro nominal de 5,0 mm ou superior. CA25 e CA50 são denominados BARRAS. Os fios são produtos de diâmetro nominal inferior a 10 mm obtidos por Trefilação ou Laminação a frio. Todo o CA60 é denominado FIO.

68 As principais características das barras e fios de aço definidas em norma são: Massa linear Propriedades mecânicas Dobramento Nervuras e entalhes

69 Massa linear

70 Propriedades Mecânicas Ensaio de Tração:

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72 Digrama Tensão x Deformação com e sem patamar definido e indicação de 0,2 e 0,5%

73 Dobramento O corpo de prova do material é submetido a um dobramento de 180º em pino de diâmetro padronizado; É avaliado a presença de quebra ou fissura na região dobrada. Este ensaio tenta reproduzir as condições em que os materiais serão utilizados nas obras.

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75 Nervuras e Entalhes

76 Aço Cortain Superfície oxidada e impermeável, que veda a entrada de umidade e impede o avanço da ferrugem; Mais caro que o aço comum, Bonito, com aspecto patinado, envelhecido e cor acobreada; Dispensa o uso de produtos protetores.

77 Aplicações Aços Perfilados: Aço fundido, laminado, apresentado em forma de barras redondas, quadradas, retangulares, perfis L, T, I, U; Arames e Telas: Os arames são finos fios de aço laminado, galvanizados ou não; Pregos: São fabricados a partir de arame galvanizado em máquinas apropriadas que cortam o arame e moldam a ponta e a cabeça do prego.

78 Aços Níquel 1 a 10% de Níquel- Resistem bem à ruptura e ao choque, quando temperados e revenidos. Usos- peças de automóveis, máquinas, ferramentas, etc. 10 a 20% de Níquel- Resistem bem à tração, muito duros - temperáveis em jato de ar. 20 a 50% de Níquel- Resistentes aos choques, boa resistência elétrica, etc. Usos- válvulas de motores térmicos, resistências elétricas, cutelaria, instrumentos de medida, etc.

79 Aços Cromo - inox até 6% Cromo- Resistem bem à ruptura, são duros, não resistem aos choques. Usos- esferas e rolos de rolamentos, ferramentas, projéteis, blindagens, etc. 11 a 17% de Cromo- Inoxidáveis. Usos- aparelhos e instrumentos de medida, cutelaria, etc. 20 a 30% de Cromo- Resistem à oxidação, mesmo a altas temperaturas. Usos- válvulas de motores a explosão, fieiras, matrizes, etc.

80 Principais Atributos do Aço Inox Resistência à corrosão; Resistência mecânica superior aos aços de baixo carbono; Facilidade de limpeza / baixa rugosidade superficial; Aparência higiênica; Material inerte: não modifica cor,sabor ou aroma dos alimentos; Facilidade de conformação; Facilidade de soldagem / união;

81 Principais Atributos do Aço Inox Mantém suas propriedades numa faixa muito ampla de temperatura, inclusive muito baixas; Acabamentos superficiais variados; Relação custo/benefício favorável; Baixo custo de manutenção; Material 100% reciclável.

82 Fatores importantes para a seleção do tipo de aço inox Um dos fatores mais importantes é o ambiente em que o metal vai ser instalado: Industrial: presença de dióxido de enxofre ou gases liberados por indústrias químicas: podem formar ácidos condensados potencialmente perigosos. Litoral: Áreas com presença de atmosfera marítima ou bruma. Presença de cloretos.

83 Aços Cromo-Níquel 8 a 25% Cromo, 18 a 15% de Níquel- Inoxidáveis, resistentes à ação do calor, resistentes à corrosão de elementos químicos. Usos- portas de fornos, retortas, tubulações de águas salinas e gases, eixos de bombas, válvulas e turbinas, etc.

84 Aços Manganês 7 a 20% de Manganês- Extrema dureza, grande resistência aos choques e ao desgaste. Usos- mandíbulas de britadores, eixos de carros e vagões, agulhas, cruzamentos e curvas de trilhos, peças de dragas, etc.

85 Aços Silício 1 a 3% de Silício- Resistências à ruptura, elevado limite de elasticidade e propriedades de anular o magnetismo. Usos- molas, chapas de induzidos de máquinas elétricas, núcleos de bobinas elétricas, etc.

86 Aços Silício-Manganês 1 silício, 1% de Manganês- Grande resistências à ruptura e elevado limite de elasticidade. Usos- molas diversas, molas de automóveis, de carros e vagões, etc.

87 Aços Tungstênio 1 a 9% de tungstênio- Dureza, resistência à ruptura, resistência ao calor da abrasão (fricção) e propriedades magnéticas. Usos- ferramentas de corte para altas velocidades, matrizes, fabricação de ímãs, etc.

88 Aços Cobalto Propriedades magnéticas, dureza, resistência à ruptura e alta resistência à abrasão, (fricção). Usos- ímãs permanentes, chapas de induzidos, etc. Não é usual o aço cobalto simples.

89 Aços Rápidos 8 a 20% de tungstênio, 1 a 5% de vanádio, até 8% de molibdênio, 3 a 4% de cromo Excepcional dureza em virtude da formação de carboneto, resistência de corte, mesmo com a ferramenta aquecida ao rubro pela alta velocidade. A ferramenta de aço rápido que inclui cobalto, consegue usinar até o aço-manganês de grande dureza. Usos- ferramentas de corte de todos os tipos para altas velocidades, cilindros de laminadores, matrizes, fieiras, punções, etc.

90 Aços Alumínio-Cromo 0,85 a 1,20% de alumínio, 0,9 a 1,80% de cromo- Possibilita grande dureza superficial por tratamento de nitrelação - (termo-químico). Usos- camisas de cilindro removíveis de motores a explosão e de combustão interna, virabrequins, eixos, calibres de medidas de dimensões fixas, etc.

91 Corrosão localizada; Patologias Corrosão generalizada; Deformações excessivas; Flambagem local ou global; Fraturas e propagação de fraturas;

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101 Proteção dos aços contra a corrosão A oxidação resulta de fenômenos eletrolíticos que formam o óxido de ferro, que é poroso, e que permite a continuação do processo. A oxidação é favorecida pela presença de ácidos e bases. Para a proteção do ferro seja eficaz é necessário limpá-lo previamente, quer por processos mecânicos ou químicos.

102 Pinturas A pintura é o processo de proteção do aço contra a corrosão utilizado em todos os casos em que não se apresentem dificuldades particulares devidas às finuras das arestas, à extensão das superfícies ou a condições de exposições severas. Na elaboração de um sistema de pintura devem ser considerados dados como: o meio ambiente e sua agressividade, o tipo de tinta, a preparação da superfície, A seqüência de aplicação, o número de demãos, as espessuras, o tipo de aplicação e as condições de trabalho a que estará submetida a superfície. Durante sua aplicação, a superfície deverá estar isenta de pó, carepas, ferrugens, óleos ou graxas e a unidade relativa do ar não deverá estar superior a 85%.

103 Metalização Consiste na proteção do aço/ferro recobrindo-o com delgadas capas de outros metais, mais Nobres. Um dos processos de metalização é a galvanização com obtenção do aço ou ferro galvanizado. Executa-se por imersão de peças em banhos de zinco fundido (galvanização) ou por processos de eletrólise (galvanoplastia), sendo o cátodo a peça a revestir e o ânodo o metal de recobrimento puro.

104 Metalização Outra possibilidade é ainda a pulverização. Estes revestimentos também podem ser em níquel, cromo, estanho, chumbo ou cobre.

105 Metalização É necessário que a camada seja espessa visto que o poder de proteção do zinco é mais ou menos proporcional à sua espessura. Todas as operações de fabrico, em particular as dobras e soldaduras devem ser efetuadas antes da zincagem.

106 Encamisamento ou Recobrimento Concreto: recobre os elementos de aço O envolvimento com o concreto é muito utilizado para proteger as instalações portuárias de aço às marés e situadas abaixo do nível do mar. obras expostas a uma atmosfera corrosiva (fábricas deprodutos químicos). proteger o aço contra a abrasão e, naturalmente, contra incêndios A resistência do betão deve ser da ordem dos 25 MPa, no mínimo, dada a resistência estar associada à compacidade (logo à estanquidade).

107 Encamisamento ou Recobrimento nata de cimento; Materiais betuminosos; Polímeros poliuretano.

108 Encamisamento ou Recobrimento Concreto: recobre os elementos de aço O envolvimento com o concreto é muito utilizado para proteger as instalações portuárias de aço às marés e situadas abaixo do nível do mar. obras expostas a uma atmosfera corrosiva (fábricas deprodutos químicos). proteger o aço contra a abrasão e, naturalmente, contra incêndios A resistência do betão deve ser da ordem dos 25 MPa, no mínimo, dada a resistência estar associada à compacidade (logo à estanquidade).

109 Light Steel Frame

110 Steel Deck