CESUBE/FETM Centro de Ensino Superior de Uberaba Faculdade de Engenharia do Triângulo Mineiro

Transcrição

1 CESUBE/FETM Centro de Ensino Superior de Uberaba Faculdade de Engenharia do Triângulo Mineiro Estruturas de Construção Materiais de Construção Civil II Prof.: Antonio Marques de Mello Uberaba 05/2006

2 CESUBE/FETM Centro de Ensino Superior de Uberaba Faculdade de Engenharia do Triângulo Mineiro Estruturas de Construção Materiais de Construção Civil II Prof.: Antonio Marques de Mello Trabalho que aborda diversos tipos de estruturas da Construção, sendo este avaliação do 1º bimestre de 2006 da matéria acima citada. Realizado por todos os alunos do 5º período. Uberaba 05/2006

3 Organização do Trabalho 1º Parte Introdução 2º Parte Estruturas de Madeira e Metálica 3º Parte Estruturas de Concreto Armado e Protendido 4º Parte Estruturas de Alvenaria Estrutural Anexos

4 INTRODUÇÃO O trabalho realizado tem como principal objetivo nos informar dos diversos tipos de estruturas de construção, especificamente estrutura de madeira, metálica, concreto armado, concreto protendido e alvenaria estrutural. Foi realizado por alunos do 5º período do curso de Engenharia Civil orientado pelo Prof.: Antonio Marque de Mello, conhecido como Toninho. Venho lembrar que o leitor deve ter no mínimo alguma noção básica de materiais de construção civil, pois abordamos temas específicos com uma linguagem técnica.

5 Estruturas de Madeira e Metálicas Estrutura de Madeira A madeira é uma matéria-prima importante e versátil em vários setores da atividade humana, pois pode ser aplicada a diversas situações. No Brasil a madeira é um produto pouco valorizado como material de construção, embora seja encontrada em abundância na natureza. Este trabalho apresentará inicialmente as vantagens e desvantagens do uso da madeira. Em seguida serão expostas suas características e propriedades, enfatizando as diferenças que existem entre as variedades existentes. A aplicação da madeira na construção civil também será exposta, indicando a espécie de madeira brasileira que deve ser usada para os diferentes tipos de uso. MADEIRA A madeira é um dos produtos mais valiosos que as árvores oferecem. Constitui a maior parte do tronco arbóreo, que se compõe de duas porções fundamentais, uma viva e externa, o alburno, outra morta e interna, o cerne. Sob o aspecto comercial, entretanto, a madeira propriamente dita é somente o cerne, em virtude das suas qualidades de resistência, durabilidade e beleza. 1. Vantagens e desvantagens Vantagens das madeiras Elevada resistência mecânica (tração e compressão) Baixa massa específica Boa elasticidade Baixa condutibilidade térmica Isolante dielétrico Baixo custo Encontra-se em grande abundância Facilmente cortada nas dimensões exigidas Material natural de fácil obtenção e renovável Grande diversidade de tipos Desvantagens da madeira Higroscopiscidade (absorve e devolve umidade) Combustibilidade Deterioração Resistência unidirecional Retratilidade (alteração dimensional, de acordo com a umidade e a temperatura) Ansitropia (estrutura fibrosa, propriedade direcional) Limitação dimensional (tamanhos padronizados) Heterogeneidade na estrutura 2. Propriedades físicas 2.1. Umidade

6 O teor de umidade a madeira tem uma grande importância, pois influencia nas demais propriedades desse material. A umidade considerada normal para a madeira é de 15%, quando ela atinge a estabilidade com a umidade do ar Retratilidade A retratilidade é a perda de volume provocada pela redução da umidade da madeira. É variável conforme o sentido das fibras. Para amenizar os efeitos da retratilidade, recomenda-se além da secagem adequada, a impermeabilização superficial, pintura ou envernizamento Massa específica A massa específica real da madeira é constante em todas as espécies, e é igual a 1,5 g/cm³. Já a massa específica aparente varia de espécie para espécie, e até mesmo numa mesma árvore. A massa específica da madeira pode variar de acordo com a sua localização no tronco e com o teor de umidade Dilatação térmica A dilatação térmica que a madeira experimenta é alterada pela retratilidade contrária, devido à perda de umidade que acompanha o aumento da temperatura Condutibilidade térmica A madeira é mau condutor de calor. Varia segundo a essência, o grau de umidade e também segundo a direção de transmissão do calor: é maior paralelamente que transversalmente às fibras Condutibilidade elétrica Quando a madeira está bem seca, ela é praticamente um isolante. Quando tem um determinado grau de umidade, a resistividade elétrica depende da espécie, da massa específica e da direção Dureza A dureza é a resistência que a madeira oferece à penetração de outro corpo. Trata-se de uma característica importante em termos de trabalhabilidade, e na sua utilização para determinados fins. Os diversos tipos de madeira apresentam variados graus de dureza. As madeiras de lei apresentam dureza alta, pois provêm de árvores mais longevas, com o cerne bastante desenvolvido. 3. Propriedades mecânicas As propriedades mecânicas dependem das propriedades físicas da madeira, principalmente a umidade e o peso específico.

7 3.1. Aos esforços principais, exercidos no sentido das fibras, relacionadas com a coesão axial do material: Compressão: provoca a separação das fibras e ruptura por flambagem; Tração: produz contrações transversais, aumentando a aderência das fibras; Flexão estática: aplicação de uma força no centro do vão de uma viga biapoiada, a ruptura se dá nas fibras solicitadas; Flexão dinâmica ou resiliência: capacidade da madeira de resistir aos choques; Cisalhamento: esforço que provoca deslizamento de um plano sobre o outro Aos esforços secundários, exercidos transversalmente às fibras, relacionadas com sua coesão transversal: Compressão: esforço de compressão no sentido normal às fibras, após a fase das deformações elásticas, a madeira pode sofrer esmagamento; Torção: tende a torcer um corpo em torno de um eixo; Fendilhamento: esforço de tração aplicado na extremidade de uma peça a fim de descolar as fibras. 4. Características das madeiras 4.1. Cor A variação da cor natural da madeira é devida à impregnação de diversas substâncias nas células e nas paredes celulares. A cor altera-se com o teor de umidade, normalmente escurecendo quando exposta ao ar, quando exposta ao sol, quando em contato com determinados metais ou quando atacada por certos fungos e bactérias. A cor das madeiras pode ser modificada artificialmente por meio de tinturas e descolorações Cheiro O odor típico que algumas madeiras apresentam deve-se à presença de certas substâncias voláteis que se concentram principalmente no cerne Gosto 4.4. Grã O gosto se origina das mesmas substâncias que dão cheiro às madeiras. O termo grã refere-se à orientação dos elementos verticais constituintes do lenho em relação ao eixo da árvore. Em decorrência do processo de crescimento, sob as mais diversas influências, há uma grande variação natural do arranjo e direção dos tecidos axiais, originando vários tipos grãs: Grã direita:

8 Apresenta tecidos axiais orientados paralelamente ao eixo principal do tronco ou da peça de madeira. Tem alta resistência mecânica, fácil desdobro e processamento, e não provoca deformações quando é feita a secagem da madeira Grã irregulares: Madeiras cujos elementos axiais apresentam variações de inclinação quanto ao eixo longitudinal do tronco ou peças de madeira. As grãs podem ser formadas: 4.5. Textura Espiral ou torcida Entrecruzada ou orientada em diversas direções Ondulada ou crespa Inclinada ou de desvio angular É o efeito produzido na madeira pelas dimensões, distribuição e percentagem dos diversos elementos estruturais constituintes do lenho no seu conjunto Brilho A face longitudinal radial é sempre mais reluzente pelo efeito das faixas horizontais dos raios Desenho É o termo usado para descrever a aparência natural das faces da madeira que resulta das várias características macroscópicas: cerne, alburno, cor, grã, anéis de crescimento e raios. 5. Preservação da madeira A madeira pode ser deteriorada por agentes biológicos, por reações químicas e muitos outros agentes. No decorrer de milhões de anos de evolução, a natureza selecionou organismos que obtêm alimento direta ou indiretamente da madeira. Entre eles, se incluem bactérias, fungos, insetos, moluscos e crustáceos, que decompõem a madeira para utilizar os seus constituintes como fonte de energia. Os agentes físicos e químicos atuam em conjunto com os biológicos na madeira, acelerando o processo de deterioração. Destes agentes, os biológicos são os de maior importância, sendo os fungos os responsáveis pela maior proporção de danos causados à madeira Fatores que afetam a preservação de madeiras

9 Preservar uma madeira é, em primeira análise, proporcionar o aumento da sua resistência frente aos organismos deterioradores, através de aplicação de preservantes químicos. A seleção e a aplicação adequada de um produto preservante é fundamental para conferir um aumento na durabilidade natural da madeira. Existem vários agentes biológicos responsáveis pela degradação da madeira, entre eles microrganismos, insetos e xilófagos marinhos. Um produto químico para ser utilizado como preservativo de madeira tem de satisfazer alguns requisitos: a) Eficiência: deve apresentar-se tóxico à gama mais ampla possível de organismos xilófagos. Deve ainda, para ser eficiente, permitir penetração profunda e uniforme na madeira. b) Segurança: deve apresentar toxidez baixa em relação a seres humanos e animais domésticos, além de não aumentar as características de combustibilidade inerentes à madeira. c) Permanência ou resistência à lixiviação: deve ser insolúvel em água ou formar complexos insolúveis por meio de reação química com os componentes da parede celular da madeira. d) Custo: a madeira tem que apresentar competitividade com outros materiais, dessa formas os preservativos devem ser eficientes e de baixo custo Deterioração da madeira A deterioração da madeira pode ocorrer devido à ação de agentes físicos, químicos e biológicos. A madeira exposta ao tempo sofre deterioração fotoquímica, por exemplo, promovida pela radiação ultravioleta que atua principalmente sobre a lignina, causando alterações significativas na coloração da madeira e na estrutura celulósica que vai sendo destruída em camadas que são levadas pela água da chuva. Apesar de ser inerte à ação de muitos produtos químicos, pode sofrer a ação destruidora de poluentes ao longo do tempo ou por ações diretas de produtos ácidos, por exemplo. Contudo, são os agentes biológicos, chamados de biodeterioradores, os merecedores de maior atenção, uma vez que têm sido os causadores dos maiores prejuízos à utilização da madeira. Os organismos que atacam a madeira, com uma conseqüente degradação de sua qualidade são: Mofos: tanto o mofo como algumas outras classes de microorganismos não afetam a resistência da madeira já que se alimentam dos conteúdos das cavidades celulares, e não das paredes das células. Manchas: podem ser ocasionadas por fungos cromógenos, tendo efeitos adversos sobre a madeira. Também podem ser originadas por mudanças químicas, devido aos distintos materiais que se infiltram nas cavidades celulares, mas não afetam as características da madeira. As manchas têm uma penetração tal que não podem ser retiradas da superfície. Fungos destruidores: o grupo de organismos que muda as propriedades físicas e químicas das paredes das células ou das cavidades celulares, e que afetam seriamente a resistência da madeira, recebem o nome de fungos de fungos xilófagos. Estes fungos são os que produzem a decomposição da madeira. Insetos xilófagos: muitos insetos usam árvores como alimento, habitação, etc., transformando a madeira em verdadeiros labirintos ocultos.

10 6. Madeira transformada Transformação da madeira é toda tecnologia de alteração da estrutura fibrosa orientada do material, com a finalidade de corrigir suas características negativas, possibilitando o aproveitamento do material de qualidade inferior. O uso da madeira transformada apresenta uma série de vantagens, tais como: Homogeneidade de composição e isotropia no comportamento físico e mecânico; Possibilidades ampliadas de tratamentos de preservação; Possibilidade de melhoria de determinadas características físicas ou mecânicas; Possibilidade de execução de chapas de grandes dimensões; Aproveitamento integral do material lenhoso contido nas árvores Os tipos de madeiras transformadas: 6.1. Madeira laminada compensada O compensado é composto de um número ímpar de lâminas relativamente finas, coladas umas às outras, dispostas alternadamente, de modo que as fibras de uma se cruzem ou fiquem a 90º com as fibras das outras, visando equilibrar tensões e reduzir riscos de empenamento. Os compensados podem ser fabricados só de lâminas compensado laminado, ou fabricados com o miolo ou parte central maciça compensado sarrafeado. A madeira compensada apresenta algumas vantagens: resistência uniforme; eliminação de contração e, conseqüentemente, do aparecimento de fendas e empenamentos; obtenção de chapas de tamanhos variados; melhor aproveitamento da madeira Madeira transformada reconstituída A madeira reconstituída é formada pela reaglomeração da madeira reduzida a fibras. Essas fibras são unidas sob pressão, sem a adição de ligante, apenas por intermédio da lignina que as fibras contêm. Com a variação de pressão, durante a fase produtiva, obtêm-se placas com densidades diferentes. As placas mais leves (soft board) são usadas para isolamento térmico e tratamento acústico, e as mais pesadas (hard board), pelas características de resistência, são empregadas principalmente como elementos estruturais. As vantagens que esse material apresenta são: homogeneidade; resistência mecânica; durabilidade; permite ser cortado, furado, estampado, curvado, dobrado e colado; superfície externa lisa e plana, ótima para receber pintura e revestimento; qualidade e propriedades iguais em todas as direções relativas ao plano da chapa Madeira transformada aglomerada É formada pela reaglomeração de madeira reduzida a pequenos fragmentos, birutas (aparas de madeira), maravalhas (lascas e cavacos) ou flocos. As chapas de madeira aglomerada são homogêneas (sem veios ou nós), fabricadas com partículas

11 de madeira ou outros materiais, aglutinados por meio de uma resina e, em seguida, prensados sob altas temperaturas. Durante o processo de produção, são adicionados diversos produtos químicos para evitar o mofo, a umidade, o ataque de insetos e aumentar a resistência ao fogo. As vantagens do uso das madeiras aglomeradas são: permite revestimento de um ou dois lados; é resistente à flexão e à ruptura, absorção de som e retenção de calor; posição sem direção definida das superfícies das partículas, aumentando a resistência Aglomerado A chapa de aglomerado é formada por três camadas de densidades diferentes. Suas duas camadas externas são duras, densas, compactas, lisas, com espessuras iguais e de partículas finas. Sua camada interna é menos densa e possui porosidade suficiente para absorver as tensões MDF O MDF (Medium Density Fiberboard) é uma chapa de fibra de média densidade, na qual, por um processo de alta temperatura e emprego de pressão, fibras de madeira são aglutinadas por resinas sintéticas. Para a obtenção das fibras, a madeira é cortada em pequenos cavacos que, em seguida são triturados por equipamentos denominados desfibradores. O MDF possui consistência e algumas características mecânicas que se aproximam às da madeira maciça. A maioria de seus parâmetros físicos de resistência são superiores aos da madeira aglomerada, caracterizando-se, também, por possuir boa estabilidade dimensional e grande capacidade de usinagem. A homogeneidade proporcionada pela distribuição uniformes das fibras possibilita ao MDF acabamentos do tipo envernizado, pinturas em geral ou revestimentos com papéis decorativos, lâminas de madeira ou PVC. Podem também ser executadas junções com vantagens em relação à madeira natural, já que não possui nós, veios reversos e imperfeições típicas do produto natural OSB O OSB é um painel estrutural, produzido a partir de partículas (strands) de madeira, sendo que a camada interna pode estar disposta aleatoriamente ou perpendicular às camadas externas. A diferenciação em relação aos aglomerados tradicionais se refere à impossibilidade de utilização de resíduos de serraria na sua fabricação. Além disso, possuem um baixo custo, e as suas propriedades mecânicas e físicas se assemelham às da madeira sólida, podendo substituir plenamente os compensados estruturais. 7. Principais usos da madeira Ainda que não seja empregada intensamente como material estrutural, a madeira na construção civil brasileira é utilizada em vários tipos de aplicação: 7.1. Construção civil pesada interna

12 Engloba as peças de madeira serrada na forma de vigas, caibros, pranchas e tábuas utilizadas em estruturas de cobertura, onde tradicionalmente era empregada a madeira de peroba-rosa ( Aspidosperma polyneuron). Nome popular Nome científico araracanga Aspidosperma desmanthum angelim-pedra Hymenolobium spp. angelim-vermelho Dinizia excelsa angico-preto Anadenanthera macrocarpa angico-vermelho Parapiptadenia rigida bacuri Platonia insignis bacuri-de-anta Moronobea coccinea cupiúba Goupia glabra eucalipto-r Eucalyptus tereticornis, E. citriodora, E. saligna fava-orelha-de-negro Enterolobium schomburgkii faveira-amargosa Vatairea spp. garapa Apuleia leiocarpa goiabão Pouteria pachycarpa itaúba Mezilaurus itauba jarana Lecythis jarana maçaranduba Manilkara spp. muiracatiara Astronium lecointei pau-amarelo Euxylophora paraensis pau-mulato Calycophyllum spruceanum rosadinho Micropholis guianensis pau-roxo Peltogyne spp. sapucaia Lecythis pisonis tanibuca Terminalia spp. tatajuba Bagassa guianensis timborana Piptadenia suaveolens uxi Endopleura uchi Obs.: R = madeira gerada em reflorestamento.

13 7.2. Construção civil leve externa e leve interna estrutural Reúne as peças de madeira serrada na forma de tábuas e pontaletes empregados em usos temporários (andaimes, escoramento e fôrmas para concreto) e as ripas e caibros utilizadas em partes secundárias de estruturas de cobertura. A madeira de pinho-do-paraná (Araucaria angustifolia) foi a mais utilizada, durante décadas, neste grupo. Nome popular Nome científico angelim-pedra Hymenolobium spp. bacuri Platonia insignis bacuri-de-anta Moronobea coccinea cambará Qualea spp. canafístula Peltophorum vogelianum cedrinho Erisma uncinatum eucalipto-r Eucalyptus grandis e E. saligna garapa Apuleia leiocarpa jacareúba Calophyllum brasiliense louro-canela Ocotea spp. ounectandra spp. louro-vermelho Nectandra rubra marinheiro Guarea spp. pau-jacaré Laetia procera quaruba Vochysia spp. rosadinho Micropholis guianensis tatajuba Bagassa guianensis tauari Couratari spp. taxi Tachigali spp.ou Sclerolobium spp. Obs.: R = madeira gerada em reflorestamento 7.3. Construção civil leve interna, decorativa Abrangem as peças de madeira serrada e beneficiada, como forros, painéis, lambris e guarnições, onde a madeira apresenta cor e desenhos considerados decorativos. A referência e a madeira de imbuia (Ocotea porosa). Nome popular angelim-pedra bacuri cerejeira curupixá freijó grevílea - R guariúba louro-vermelho Nome científico Hymenolobium spp. Platonia insignis Amburana cearensis Micropholis venulosa Cordia goeldiana Grevillea robusta Clarisia racemosa Nectandra rubra

14 louro-canela Ocotea spp. ounectandra spp. macacaúba Platymiscium ulei marinheiro Guarea spp. muiracatiara Astronium lecointei pau-amarelo Euxylophora paraensis pau-roxo Peltogyne spp. rosadinho Micropholis guianensis tatajuba Bagassa guianensis vinhático Plathymenia spp. Obs.: R = madeira gerada em reflorestamento 7.4. Construção civil leve interna, de utilidade geral Abrange as peças de madeira serrada e beneficiada, como forros, painéis, lambris e guarnições, onde o aspecto decorativo da madeira não é fator limitante. A referência é a madeira de pinho-do-paraná ( Araucaria angustifolia). Nome popular Nome científico amesclão Trattinnickia spp. cambará Qualea spp. cedrinho Erisma uncinatum cedrorana Cedrelinga cateniformis cuningâmia - R Cunninghamia lanceolata cupressus - R Cupressus lusitanica eucalipto- R Eucalyptus grandise E. aligna faveira Parkia spp. jacareúba Calophyllum brasiliense marupá Simarouba amara pinus- R Pinus spp. quaruba Vochysia spp. tauari Couratari spp. taxi Tachigali spp. Obs.: R = madeira gerada em reflorestamento 7.5. Construção civil leve em esquadrias Abrange as peças de madeira serrada e beneficiada, como portas, venezianas, caixilhos. A referência é a madeira de pinho-do-paraná (Araucaria angustifolia). Nome popular angelim-pedra Nome científico Hymenolobium spp.

15 bacuri cedrinho cedro freijó garapa louro-canela Louro-vermelho marinheiro Pau-amarelo tauari taxi Platonia insignis Erisma uncinatum Cedrela sp. Cordia goeldiana Apuleia leiocarpa Ocotea spp. ounectandra spp. Nectandra rubra Guarea spp. Euxylophora paraensis Couratari spp. Tachigali spp Construção civil: assoalhos domésticos Compreende os diversos tipos de peças de madeira serrada e beneficiada usado em pisos (tábuas corridas, tacos, tacões e parquetes). A madeira de referência é a: peroba-rosa (Aspidosperma polyneuron). Nome popular angico-preto angico-vermelho bacuri garapa goiabão itaúba macacaúba maçaranduba Muiracatiara Pau-amarelo pau-mulato pau-roxo Tanibuca Tatajuba Timborana Uxi Nome científico Anadenanthera macrocarpa Parapiptadenia rígida Platonia insignis Apuleia leiocarpa Pouteria pachycarpa Mezilaurus itauba Platymiscium ulei Manilkara spp. Astronium lecointei Euxylophora paraensis Calycophyllum spruceanum Peltogyne spp. Terminalia spp. Bagassa guianensis Piptadenia suaveolens Endopleura uchi 8. As Madeiras Brasileiras

16 Andiroba moderadamente resistente. Uso: estacas marítimas; pontes, obras imersas em ambiente de água doce, postes, dormentes ferroviários; estrutura pesada de construção civil; embarcações (quilhas, convés, costado, cavernas); cabos de ferramentas; cutelaria; caibros, ripas, esquadrias de portas, lambris, venezianas, batentes, caixilhos, rodapés, etc. Sua madeira é de coloração pardoavermelhada até uma tonalidade bem escura, de superfície irregularmente lustrosa e áspera. Textura variando de fina a média, grã geralmente direita, podendo eventualmente apresentar-se ondulada. Sem cheiro ou sabor perceptíveis. É madeira de média trabalhabilidade, fácil de laminar e com ligeira tendência a rachar com pregos. Aroeira uso: carpintaria, marcenaria de luxo, compensado, cabos de ferramentas, artesanato, peças torneadas, tacos e tábuas de assoalhos, venezianas, marcos de portas e janelas, molduras, rodapés, lambris, escadas, móveis, puxadores, carrocerias, barris, tonéis, réguas. Angelim uso: peças de decoração para exteriores e interiores,escadas, pisos, vigas. Construção civil e naval, dormentes, estacas, tacos de assoalhos, vigamentos, etc. Madeira dura, de cor castanha avermelhada clara, grã irregular, aspecto fibroso, textura grosseira, com cheiro e gosto indistintos. Apresenta-se resistente ao ataque de fungos e cupins.

17 Balsa uso: brinquedos, isolante térmico e acústico, aeromodelismo, artesanato folclórico. Madeira de fácil trabalhabilidade. Cedro uso: esculturas, contraplacados, compensados, laminados, esquadrias, obras internas, carpintaria, tábuas, embarcações leves, molduras para quadros, obras de entalhe, instrumentos musicais, construção civil, como venezianas, rodapés, guarnições, forros, lambris, construção naval, como acabamentos internos decorativos. Sua cor varia do bege-rosado-escuro até o castanho-avermelhado; superfície lustrosa, com reflexos dourados; cheiro característico, agradável; textura grosseira; grã direita ou pouco ondulada. A resistência natural contra fungos e insetos é pequena. De fácil trabalhabilidade, tanto com instrumentos manuais ou mecânicos.

18 Cedrinho baixa resistência ao ataque de cupins, etc. Uso: móveis, construção leve, paletes, compensados decorativos, chapas, caixas, engradados, construção civil e naval, tabuados, carpintaria, acabamento, divisórias, forros (lambris), assoalhos. Possui textura média, brilho ausente e cheiro impercepívil. Fácil de aplainar, serrar e lixar. Apresenta superfície de acabamento ruim. Cerejeira uso: painéis decorativos, esculturas, gravuras móveis, painéis, balcões, molduras, rodapés, peças torneadas, tanoarla, acabamento interno, lambris, esquadrias. É muito boa de se trabalhar e é moderadamente durável quando exposta às intempéries. Cumaru resistente a fungos e insetos. Uso: pontes, construção pesada, portos, estacas marítimas, obras imersas em ambientes de água doce, vigamentos, carpintaria, treliças, lambris, molduras, tacos, tábuas para assoalho, móveis, carroceria de caminhão, cutelaria, utensílios domésticos, tanoaria, escadas externas e internas, assoalhos, cabos de ferramentas, etc. Superfície pouco a medianamente lustrosa, de aparência cerosa, odor parecido com o da baunilha. A madeira de Cumaru pode ser classificada como de alto peso específico, baixa retratibilidade e alta resistência mecânica.

19 Faieira uso: artigos decorativos, embalagens para presente, móveis, utensílios domésticos, construção civil, torneados, etc. No corte radial possui largas faixas e contrastadas de aspecto bastante singular; textura grossa, brilho moderado e cheiro imperceptível. Fácil de aplainar, dando um acabamento regular; no torno, possui regular trabalhabilidade e acabamento bom; na broca, é regular para trabalhar, acabamento bom. Freijó uso: carpintaria, armários, decoração, lambris, painéis, molduras, coberturas, pisos e forros de embarcações, chapas compensadas para partes internas de móveis, construção naval, forros e divisórias, etc. De fácil serragem, aplainamento e colagem. Superfície de acabamento lisa. A madeira de Freijó pode ser classificada como de peso médio, baixa retratibilidade e média resistência mecânica. Goiabão baixa resistência a fungos e cupins. Uso: móveis, artigos domésticos e decorativos, lâminas, torneados, construção civil, tacos, chapas, etc. O goiabão é uma madeira pesada, de cor amarela pálida, textura fina e grã direita, com cheiro indistinto. A madeira não é durável, com baixa resistência ao ataque de fungos e cupins. De difícil trabalhabilidade.

20 Imbuia uso: contraplacado, pisos, prateleiras, objetos decorativos, etc. Cerne muito variável, indo do pardoclaro-amarelado ao pardo-escuro-avermelhado, normalmente com a presença de veios mais escuros, paralelos ou ondulados; superfície irregularmente lustrosa e lisa e odor característico e agradável. A madeira de Imbuia apresenta massa específica e resistência mecânica médias, com retratibilidade volumétrica baixa. É considerada de boa durabilidade natural. Ipê altamente resistente a fungos e cupins. Uso: construção civil e naval, dormentes, móveis de luxo, objetos torneados, ebanisteria, tacos, assoalhos, cabos de talheres, instrumentos musicais, portas, molduras de janelas, etc. Cerne pardo-acastanhado ou pardo-claro, geralmente uniforme, sendo comum apresentar reflexos esverdeados. Superfície pouco lustrosa, medianamente lisa ao tato; textura de fina a média, uniforme; cheiro imperceptível. A madeira é muito pesada e dura, com alta resistência mecânica e baixa retratibilidade volumétrica. É resistente ao ataque de insetos e ao apodrecimento. Jacarandá uso: painéis decorativos, armários, móveis de luxo, peças torneadas, revestimento fino, caixas, estojos entalhados, cabos de talheres, etc. Madeira de cor vermelha escura, textura média, com cheiro agradável. Madeira durável, resistente ao ataque de fungos. De difícil trabalhabilidade, mas apresenta excelente aplainamento, furação, torneamento e lixamento. O acabamento é considerado bom.

21 Jatobá muito resistente a fungos e cupins. Uso: construção civil, estacas, carroçaria, postes, tonéis, ebanisteria, dormentes, móveis finos, laminados, assoalhos, tanoaria, vigamentos, cabos de ferramentas, arcos de instrumentos musicais, construção de pianos, compensados, etc. Superfície pouco lustrosa, textura lisa a grossa, grã normalmente reversa. Gosto e odor indistintos. A madeira de Jatobá pode ser classificada como de alto peso específico, baixa retratibilidade e alta resistência mecânica. Possui alto peso específico, baixa retratibilidade e alta resistência mecânica. Difícil a moderadamente fácil de trabalhar, pode ser desenrolada, aplainada, colada, parafusada e pregada sem muitos problemas. Apresenta resistência para tornear e faquear. O acabamento é agradável. Maçaranduba resistente ao ataque de fungos e cupins subterrâneos. Resiste bem à umidade. Uso: ar livre, trabalhos hidráulicos, tacos, objetos decorativos, cabos de ferramentas, móveis, implementos agrícolas, instrumentos musicais, tacos para assoalhos, peças torneadas, dormentes, construção civil e naval, cais para embarcações, torneados, chapas, etc. Cerne vermelho-arroxeado, com tendência a se tornar vermelho-escuro com o tempo, distinto do alburno que é castanho-claro; textura fina e uniforme, brilho médio, grã usualmente direita; cheiro e gosto imperceptíveis. A madeira de Maçaranduba é muito pesada, com alta retratibilidade volumétrica e resistência mecânica de média a alta. Possui alta durabilidade natural e tendência a rachar se pregada ou parafusada sem furação prévia.

22 Macacaúba usos: móveis, tacos, tábuas para assoalhos, instrumentos musicais, escadas, postes, cruzetas de transmissão elétrica, dormentes ferroviários, carrocerias de caminhão, quilhas, convés, cabos de ferramentas, utensílios domésticos, brinquedos, marchetaria, escultura, entalhe, molduras, tacos de bilhar, etc. Madeira pesada, de cor castanha avermelhada e textura média, com cheiro imperceptível. É durável e resistente ao ataque de fungos e cupins. Apresenta bom acabamento. Mogno uso: construção naval, decoração, interior, exterior, contraplacados, marcenaria, caixotaria, compensados, esquadrias, embarcações leves, instrumentos musicais, etc. Cerne de coloração pardo-avermelhada ao castanho claro, escurecendo para um castanho uniforme e intenso. Superfície brilhante, textura média e uniforme, lisa, sem cheiro distinto. Possui baixa retratibilidade e peso específico e resistência mecânica médias. Madeira fácil de trabalhar, com a obtenção de superfícies lisas na maioria das operações com máquinas. Pau-amarelo resistência muito boa ao ataque de fungos, cupins e insetos de madeira seca. Uso: tacos, cabos de ferramentas, portas, marcenaria de luxo, tábuas, portas, ebanisteria, móveis, dormentes, objetos torneados, construção naval, assoalhos, pontes.

23 Pau-d arco uso: dormentes, postes, pontes, obras imersas, estruturas pesadas, pilares, vigamento, estruturas de telhado, tacos, tábuas de assoalho, escadas, quilhas, convés, carroceria de caminhão, cabos de ferramentas, utensílios domésticos. Peroba uso: interiores, decoração, pisos, painéis, entalhes, esquadrias, móveis, peças torneadas, cabos de ferramentas, tacos, tábuas para assoalhos, vagões, carrocerias, etc. Peroba rosa usos: construção civil, como vigas, caibros, ripas, marcos de portas e janelas, venezianas, portas, portões, rodapés, molduras, tábuas e tacos para assoalhos, degraus de escadas, móveis pesados, carteiras escolares, produção de folhas faqueadas, construção de vagões, carrocerias, dormentes, fôrmas para calcados. Amarela a amarelo-rosado, é pesada dura e durável, muito utilizada em peças que exigem resistência e em marcenarias. Produz boa lenha.

24 Pinho uso: construção civil, móveis, etc. Cerne e alburno pouco diferenciados, branco-amarelado, uniforme; superfície lisa ao tato; medianamente lustrosa; cheiro pouco intenso e agradável de resina; textura fina e uniforme. Densidade, resistência mecânica e retratibilidade médias e boa trabalhabilidade. Sucupira durável e resistente ao ataque de fungos e cupins de madeira seca. Uso: interior, exterior, pisos, escadas, cabos de ferramentas, construção civil e naval, móveis, tacos para assoalhos, bilhar, tanoaria, dormentes, estacas, carpintaria, postes, laminados, esquadrias, lambris, vigas, caibros, ripas, dormentes, etc. Cerne de tonalidade chocolate (recém-cortada) ao marrom-escuro (após secagem), com alburno estreito e acinzentado. Textura entre média e grossa. Superfície irregularmente lustrosa, de aspecto fibroso e entrelaçado, ligeiramente áspera ao trato. Madeira com cheiro imperceptível. Madeira pesada, dura e compacta. Alta resistência mecânica e média retratibilidade. É considerada como sendo resistente ao apodrecimento. Moderadamente difícil de trabalhar, de fácil serragem e com dificuldade no aplainamento. Perfuração prévia é recomendada para evitar rachamento na aplicação de pregos. Recebe bom acabamento.

25 8.1. Classificação das madeiras brasileiras quanto à durabilidade: Madeiras de Alta Durabilidade Nome Resist. Mec. Acapu Alta S S Exterior Interior Aproveitamento Móveis Alta S S Angico-preto Alta S S Angelimvermelho Angicovermelho Aroeira do Sertão Média S S Alta S S Brauna Alta S S Cabreuva Vermelha Alta S S Cumaru Média-alta S S Cumbaru Média-alta S S Cupiuba Média S S Faveiro Média-alta S S Decks, portas, janelas, divisórias, forros, estruturas, pisos Divisórias, batentes, estruturas, pisos, decks, forros, esquadrias, rodapés Esquadrias, estruturas, pisos, batentes Divisórias, batentes, decks, pisos, estruturas, lambris, esquadrias Pisos Batentes, decks, esquadrias, divisórias, lambris, pisos Divisórias, batentes, decks, pisos, estruturas, lambris, esquadrias Divisórias, batentes, decks, pisos, estruturas, lambris, esquadrias Divisórias, batentes, pisos, estruturas, lambris Divisórias, batentes, decks, pisos, esquadrias, lambris Divisórias, batentes, pisos, estruturas, esquadrias S N S S N N S S N S N Ipê Alta S S Itaúba Média-alta S S Divisórias, batentes, pisos, estruturas, lambris, esquadrias, forros Divisórias, batentes, decks, pisos, estruturas, lambris, esquadrias, forros N S

26 Jarana Alta S N Estruturas Oiti Média-alta S N Estruturas N Pau-roxo Alta S S Divisórias, batentes, decks, pisos, estruturas, lambris, esquadrias, N forros Pinho de Esquadrias Alta S S Riga S Taiuva Média Alta S S Divisórias, batentes, decks, pisos, estruturas, lambris, esquadrias, forros S sim; N não; Resist. Mec. - Resistência Mecânica = Esforço Madeiras de Média Durabilidade Madeira Resist. Mec. Cabreuva Média S S Cabreuva vermelha Exterior Interior Aproveitamento Móveis Alta S S Canifistula Alta S S Garapa Alta S S Jatobá Alta S S Maçaranduba Alta S S Peroba de Campos Média S S Batentes, esquadrias, estruturas, divisórias, pisos, decks Batentes, esquadrias, estruturas, divisórias, lambris, pisos, decks, forros Batentes, esquadrias, estruturas, divisórias, pisos Esquadrias, estruturas, pisos Batentes, esquadrias, estruturas, divisórias, lambris pisos, decks, forros Esquadrias, estruturas, pisos Batentes, esquadrias, estruturas, divisórias, lambris, pisos, decks, forros N S N S N N S N S

27 1. - Introdução Construção Metálica - Uso do Aço na Construção Civil O aço tem possibilitado aos arquitetos, engenheiros e construtores soluções arrojadas, eficientes e de alta qualidade, desde o século XVIII, quando se iniciou a utilização de estruturas metálicas na construção civil, até os dias atuais. A arquitetura em aço sempre esteve associada à idéia de modernidade, inovação e vanguarda, traduzida em obras de grande expressão arquitetônica. No entanto, as vantagens na utilização de sistemas construtivos em aço vão muito além da linguagem estética de expressão marcante. A redução do tempo de construção, a racionalização no uso de materiais e da mão de obra, além do aumento da produtividade, passaram a ser fatores chave para o sucesso de qualquer empreendimento. A multiplicidade da construção metálica possibilita a utilização do aço em obras como: edifícios de escritórios e de apartamentos, residências, habitações populares, pontes, passarelas, viadutos, galpões, supermercados, shopping centers, lojas, postos de gasolina, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários, ginásios esportivos, torres de transmissão, etc. Essas características, que transformaram a construção civil no maior mercado para os produtores de aço no exterior, começam agora a ser percebidas por aqui. Para incentivar este mercado e colocar o Brasil no mesmo patamar de desenvolvimento tecnológico de outros países, a Cosipa oferece uma grande variedade de aços para aplicação específica na construção civil. Produzidos com os mais avançados processos de fabricação, os aços Cosipa têm qualidade garantida através das certificações ISO 9001, ISO e OHSAS Histórico das estruturas metálicas Vejamos de maneira rápida os antecedentes da estrutura metálica por meio de algumas datas significativas: Produção do Ferro: 1720 Obtenção de ferro por fundição com coque e início da produção de ferro de primeira fusão em grandes massas Aperfeiçoamento dos fornos para converter ferro de primeira fusão em ferro forjável Introdução do forno Siemens-Martin para produção de aço. Conformação do ferro: Meados do Séc.XVIII Laminação de chapas de ferro Laminação dos primeiros trilhos de trem.

28 1854 Laminação dos primeiros perfis I sendo feita à primeira normalização de um material utilizado na construção civil. Utilização do ferro: 1779 Primeira obra importante de ferro, ponte sobre o Severn em Coalbrookdale, na Inglaterra,projetada por Abraham Darby com vão de 30m. Começo do Séc.XIX Utilização de cabos em pontes Primeiro edifício industrial em ferro em Manchester Alcançou-se 300m de vão com ponte a cabo Início da utilização do ferro em grandes coberturas (naves); Palácio de Cristal em Londres, projetado por Joseph Paxton Estações ferroviárias de Paddington (Londres) Mercado Central do Halles (Paris) Primeira ponte de grande vão com vigas Estações ferroviárias do Norte (Paris) Construção de uma cobertura em Londres com 78m de vão a 1874 Ponte em aço sobre o Rio Mississipi em St. Louis, projetada por Eads, com 3 arcos treliçados, tendo o maior deles 159m de vão Palácio de Cristal (Petrópolis) Edifício Leiter I, construído pela Escola de Chicago Ponte de Brooklyn (New York), pensil com 487m de vão Ponte sobre o Firth of Forth (Escócia) em balanço duplo treliçado, com vão central de521m Edifício Reliance construído pela Escola de Chicago Estação da Luz (São Paulo); Mercado do Ver-0-Peso (Belém); Estação Ferroviária de Bananal (Bananal) Teatro José de Alencar (Fortaleza) a 1913 Viaduto Santa Efigênia construído com estrutura belga, com 225m de comprimento vencidos por três arcos. Na década de 30 Edifício Chrysler e o Empire States (110 andares) ambos em Nova York. Como se pode notar pelas datas acima, o emprego do ferro a princípio estava restrito a pontes, porém, mais tarde, com o advento da revolução industrial, começou-se a generalizar o uso do aço, exceto para residências. A utilização do ferro foi um fator importante no distanciamento entre os engenheiros e os arquitetos da época, pois a construção com arquitetura classista era muito conservadora em relação à explosão da revolução industrial. A comparação das palavras Hábito e Habitação é uma boa ilustração do conservadorismo que sempre reinou na construção. Uma das maiores ajudas que o ferro recebeu no final do Séc.XIX para se estabelecer, inclusive em residências, foi o encarecimento da matéria prima e da mão-de-obra para estruturas de madeira e o estabelecimento de normas contra incêndios mais rígidas, sem falar na possibilidade de melhor aproveitamento dos espaços com maiores vãos.

29 A Escola de Chicago: Chicago, depois da quase completa destruição pelo incêndio de 1871, teve um período de auge na construção, principalmente com a chegada das estradas de ferro, que transformaram a cidade num dos maiores mercados do mundo para o trigo, alimentação, máquinas e ferramentas. Para suprir tão grande e rápido crescimento da cidade, a única maneira de satisfazer as exigências do mercado era a verticalização com estrutura metálica, tanto pela a resistência ao fogo, como pela maior resistência estrutural e pelo maior aproveitamento dos espaços com grandes vãos. Em 1895 o novo método já era corrente em todos os Estados Unidos, a exemplo de Chicago, o que foi ainda mais facilitado com a invenção do elevador por E.G. Otis. A Escola Européia: França, Bélgica e Suíça: A França sempre esteve junto com a Inglaterra nos avanços do uso do ferro e do aço, principalmente no aspecto relativo a pontes onde se destacou Gustave Eiffel. Depois de uma série de exposições universais de tecnologia em Paris, o ferro passou a ter um papel muito importante. A Torre Eiffel, que foi um símbolo criado para a exposição de 1889, apesar da grande polêmica que causou, abriu caminho para outras obras, inclusive algumas grandes e discutíveis como um arco triarticulado de 110m de vão na Galeria das Máquinas em Paris. Com a Primeira Grande Guerra a Europa mergulhou num mar de retrocessos e conservadorismos, dificultando o uso do aço e facilitando o desenvolvimento dos conceitos de uso de concreto armado, sendo Perret e Garnier dois de seus precursores. Mesmo com este retrocesso, ainda foi possível, graças a Le Corbusier, manter a estrutura metálica viva e competitiva na Europa. A Indústria Siderúrgica no Brasil: Somente após a 2a. Guerra Mundial com a construção da Usina de Volta Redonda no Rio de Janeiro, a Indústria Siderúrgica implantou-se de fato no Brasil. Datam das décadas de 50/60 alguns bons exemplos de obras em estrutura de aço no Brasil, tais como o Edifício Avenida Central no Rio de Janeiro, com 34 andares e o Viaduto Rodoviário sobre a BR-116, em Volta Redonda. Obras atuais construídas no Estado de São Paulo, que merecem destaque são a Estação do Largo 13 de Maio, da FEPASA, as pontes vicinais construídas pelo Governo Estadual, as construções padronizadas de interesse social (creches, por uso comercial ou habitacional), construídos não só na Capital, como também no interior, além, é claro, de inúmeras obras industriais. 3. Vantagens e desvantagens da utilização do aço 3.1 Vantagens Alta eficiência construtiva

30 A construção metálica baseia-se em processos construtivos simples, modernos, utilizando técnicas industriais, sem uso de equipamentos mais sofisticados, o que conduz o sistema a uma boa eficiência, permitindo, no todo, uma melhor remuneração dos insumos e da mão-de-obra empregada. Dá também ao operário, uma melhor condição de ficação ao local de trabalho, exigindo maior deslocamento de pessoal somente na operação de montagem. Alivio nas fundações A maior resistência do aço permite a realização de um projeto mais leve, e o bom alinhamento conseguido na construção garante grande economia na execução das fundações e reduz excessos de correções com revestimentos e rebocos. Canteiro de obras A dispensa de escoramento, a realização imediata de várias lajes e o pequeno manuseio de materiais diversos reduzem a área necessária ao canteiro de obras, permitindo levar a construção em ambiente limpo, reduzindo ocorrências de entulhos e perdas de serviços com bota-foras de obras, evitando maiores transtornos nas vias urbanas. Redução do tempo de construção A redução do tempo de obra é alcançada pelo somatório de fatores, como fabricação da estrutura em paralelo com a execução das obras de fundação, simplificação do escoramento, dispensa de formas, tempo de secagem e cura e possibilidade de abertura de maior número de frentes de serviços, com conseqüente redução do tempo de fechamento da obra e maior retorno do custo/benefício. Espaço útil A estrutura metálica permite adotar pilares de menor seção e maiores vãoslivres, reduzindo o número desses pilares, e utilização de vigas de menor altura, com conseqüente aumento do espaço útil da construção, destacando-se como grande vantagem nos centros urbanos, onde o espaço é vital e caro. Qualidade e segurança da obra A condição mais industrializada da estrutura metálica possibilita um resultado perfeito no alinhamento da construção, permitindo a encomenda antecipada de outros elementos. Favorece, também, a inspeção sistemática da estrutura, através de controle de qualidade dos componentes e do todo, conduzindo a uma maior segurança do trabalho. A utilização de aços patináveis resistentes á corrosão atmosférica garante uma boa qualidade á construção. Flexibilidade A boa adaptação da estrutura metálica a outros materiais permite uma variada utilização de produtos no fechamento, cobertura e acabamento da obra. A boa trabalhabilidade e facilidade de adaptação de mão-de-obra leva a uma fácil adoção

31 do sistema, considerando ainda que esse tipo de construção pode ser desmontado e transportado para outro local, sem grandes perdas, dando á construção metálica uma grande flexibilidade. Instalações Os elementos de passagem e ficação de utilidades como instalações hidráulicas e elétricas, já podem ser construídos durante a fabricação da estrutura, possibilitando, então, um bom desenvolvimento construtivo na fase de montagem. Economidade O somatório dessa série de vantagens apresentadas, aliados a um bom projeto, com a melhor precisão orçamentária, conduz o processo da construção metálica a um sistema eficaz, de boa economicidade. A escolha do aço apropriado pode permitir uma maior vida útil da edificação e liminar operações de manutenção com pintura e limpeza futura, reduzindo também os custos de conservação da obra. Em resumo, as vigas em chapa de aço são mais modernas aliam resistência, leveza e flexibilidade um trio de qualidades determinante na economia e na durabilidade de uma construção. Nas ligas de última geração, além de ser invulnerável á corrosão atmosférica o aço também suporta altas temperaturas sem se deformar. Graças á sua maleabilidade na hora de ser moldado, pode adquirir as mais variadas formas. Assim, ganha a medida exata prevista pelos cálculos dos engenheiros, representando uma economia de até 30% nos custos e no prazo de duração da obra. Finalmente, muito mais leve do que o concreto, ele dispensa o uso de guindastes pesados nas construções. 3.2 Desvantagens A estrutura metálica ou qualquer outro material estrutural não tem desvantagens se aplicado, levando-se em conta suas melhores características estruturais. Para o Brasil, podemos citar alguns problemas: a) Cronograma físico-financeiro fica agilizado face aos padrões dos agentes financeiros brasileiros; b) Lobby do concreto no aspecto proteção contra o fogo; c) Problemas sócio-econômicos (desemprego na construção civil) e culturais.

32 4. Perfis Açominas 4.1 Características e tolerâncias Perfis produzidos no sistema universal de laminação a quente, utilizando quatro cilindros no mesmo plano. Padrões e especificações de acordo com a Norma ASTM. Ampla variedade de bitolas, de 6 a 24 polegadas (de 150 a 610mm) Produzidos em aços de alta resistência - ASTM A572 Grau 50 e A 588 Abas paralelas e retilíneas. Menor massa linear (kg/m). Vigas inteiriças, sem tensões localizadas. 4.2 Racionalização e flexibilidade Rapidez e segurança na montagem. Agilidade na execução da obra. Precisão milimétrica. Canteiro de obras menor e melhor organizado. Redução do desperdício. Leveza da estrutura. Acabamento superficial e planicidade que facilitam o revestimento, o alinhamento e a junção das peças. Excelentes propriedades para cálculo e dimensionamento do projeto. Flexibilidade para reforma e ampliação. Espaços mais amplos. Concepção arquitetônica facilitada.

33 4.3 Propriedades Dimensões (mm) Altura (d) Largura aba (bf) Espessura alma (tw) Espessura aba (tf) Altura Tolerância Largura Tolerância Espessura Tolerância Espessura Tolerância tw<7 +0,7 ~-0,7 tf<6,5 +1,5 ~-1,0 7 tw<10 +1,0 ~-1,0 6,5 tf<10 +2,0 ~-1, ~ ~-5 10 tw<20 +1,5 ~-1,5 10 tf<20 +2,5 ~-1,5 20 tw<40 +2,0 ~-2,0 20 tf<30 +2,5 ~-2,0 40 tw<60 +2,5 ~-2,5 30 tf<40 +2,5 ~-2,5 tw 60 +3,0 ~-3,0 40 tf<60 +3,0 ~-3,0 Paralelismo das Abas (mm) Fora de paralelismo (T + T') Altura (h) Tolerância d 310 T+T' 6 d > 310 T+T' 8 Centralização da Alma (mm) Alma fora de centro (E) Tolerância E 5 Empeno (mm) Empeno Condição Tolerância Alma (Ea) - 1,0 mm/m bf < 150 2,0 mm/m Aba (Ef) bf 150 1,0 mm/m

34 Esquadro nas Extremidades (mm) Altura (d) d 650 Comprimento (mm) Fora de esquadro (q; q') 1,6 % d Para qualquer L Tolerância ~-50 ou +100 ~0 Foto: estruturas metálicas de eixo Foto: vigas mestras

35 Foto: viga senoidal Foto: Execução de alvenaria em estrutura metálica Fotos acima de galpão construído em estrutura metálica e revestido com blocos de vedação de concreto.

36

37 5. Aço Usiminas 5.1 Características físicas dos aços estruturais Especificações Tipo de Produto Espessura (mm) Características Físicas Tração (transversal) - - Alongamento - - Espessura (mm) LE (Kg/cm2) LR (Kg/cm2) Espessura (mm) BM (mm) % 6,0<E<50,8 6,0<E<6,75 > ~5100 6,0<E<16, CQ 50,8<E<75,0 * * * 16,0<E< ,0<E<12,70 2,0<E<12,70 > ~5100 2,0<E<5, USI-SAC-41 TQ * * * * 5,0<E<12, ,0<E<5, ,0<E<16, ,0<E<50,8 6,0<E<75,0 >3000 > ,0<E< CG 50,8<E<76,2 * * * 16,0<E< ,0<E<12,70 2,0<E<12,70 > ~5100 2,0<E<5, USI-SAC-41E TQ * * * * 5,0<E<12, ,0<E<19, ,0<E<70, ,1<E<38,1 - > a ,0<E<70, ,1<E<63,5 - * * 70,0<E<101, CG 63,5<E<101, ,0<E<101, ASTM-A-36 TQ 4,57<E<12,70 - > a >18-6,0<E<16,0 >3730-6,0<E<16, ,0<E<100,0 16,0<E<35,0 > ~ ,0<E<75, * 35,0<E<50,0 >3330 * 16,0<E<75, CG - 50,0<E<100,0 > ,0<E<75, ,0<E<12,70 2,0<E<12,70 > ~6080 2,0<E<5, USI-SAC-50 TQ * * * * 5,0<E<12, Tabela 1 Características físicas dos aços Estruturais

38 5.2 Características Químicas dos aços Estruturais Tipo de Espessura Especificações Produto (mm) Característica Química C máx Mn Si P (máx) S (máx) Cu Cr Outros ,0<E<50,8 0,18 1,3 0,35 0,03 0,03 0,25~0,5 0,4~0,65 - CQ 50,8<E<75,0 0,2 * * * * * * - 2,0<E<12,70 0,18 1,3 <0,35 0,03 0,03 0,25~0,5 0,4~0,65 - USI-SAC-41 TQ * * * * * * * * - 2,0<E<5,0 0, ,0<E<50,8 0,18 1,3 0,35 0,03 0,03 0,25~0,5 0,4~0,65 - CG 50,8<E<76,2 0,2 * * * * * * - 2,0<E<12,70 0,18 1,3 <0,35 0,03 0,03 0,25~0,5 0,4~0,65 - USI-SAC-41E TQ * * * * * * * * - 6,0<E<19,1 0,25-0, ,1<E<38,1 0,25 0,8 a 1,2 0,4 0,04 0, ,1<E<63,5 0,26 0,8 a 1,2 0,15 a 0,4 * * CG 63,5<E<101,6 0,27 0,8 a 1,2 0,15 a 0, ASTM-A-36 TQ 4,57<E<12,70 0,25 1,35 0,4 0,04 0, TI<0,150 6,0<E<100,0 0,18 1,4 0,15~0,55 0,03 0,025 0,025~0,5 0,4~0,65 Nb<0,050 * * * * * * * * - CG ,0<E<12,70 0,18 1,4 0,15~0,55 0,03 0,03 0,25~0,5 0,4~0,65 TI<0,150 USI-SAC-50 TQ * * * * * * * * * Tabela 2 Características químicas dos aços estruturais * Valor igual para todo tipo

39 5.3 Tabela de vantagens e desvantagens do uso do aço Menor tempo de execução: a estrutura metálica é projetada para fabricação industrial e seriada, de preferência, levando a um menor tempo de fabricação e montagem. Maior confiabilidade: Maior limpeza de obra: Maior facilidade de transporte e manuseio: Maior facilidade de ampliação: Maior facilidade de montagem: Facilidade de desmontagem e reaproveitamento Facilidade de vencer grandes vãos Precisão das dimensões dos componentes estruturais: Maior facilidade de reforço: Resistência à corrosão: Anos necessários para a perda de 1mm de camada de aço Ambiente Aço CC (*) Aço ARC (**) rural 40 a a 200 marítimo 20 a a 120 industrial 20 a a 120 (*) aço-carbono comum - (**) aço de alta resistência à corrosão Redução da carga nas fundações Menores dimensões das peças: devido ao fato do material ser único e homogêneo, com limites de escoamento e ruptura e módulo de elasticidade bem definidos, além de ser uma estrutura fabricada e montada por profissionais qualificados. devido à ausência de entulhos, como escoramento e fôrmas. em função da maior resistência do material, as peças de aço são menores, com menor peso relativo, facilitando assim o carregamento, transporte e manipulação. é bastante freqüente a necessidade de ampliação de estruturas industriais, ocasião em que a expansão deve ser executada sem interferir nas outras atividades: isto só é possível devido à precisão e menores dimensões das peças e à fabricação fora do local da obra. sendo a estrutura de aço feita em regime de fabricação industrial, a equipe montadora já recebe as peças nos tamanhos definidos, com as extremidades preparadas para soldagem ou aparafusamento durante a montagem; esta é rápida e eficiente, feita com mão de obra qualificada e equipamentos leves. a estrutura de aço tem a seu crédito o valor residual que não é perdido com a execução da obra, pois ela pode ser desmontada e transferida para outro local sem maiores problemas a maior resistência do aço, conduz à melhoria das condições para vencer grandes vãos, com menores dimensões das peças e menores pesos. como a fabricação obedece a rigorosas especificações dimensionais, pode-se encomendar todos os acessórios antecipadamente, sejam portas, janelas, basculantes e outros. Menores são também os gastos com alvenarias e argamassas; no caso de prédios, após a montagem da estrutura, ela está totalmente nivelada e aprumada, o que serve de guia para as demais etapas. quando houver necessidade de aumento de carga, a estrutura pode ser facilmente reforçada, em alguns casos com a colocação apenas de uma chapa numa viga ou coluna. o aço apresenta excelente resistência à corrosão atmosférica desde que determinados cuidados sejam tomados.para melhorar ainda mais a resistência do aço à corrosão, protege-se a estrutura com pintura e/ou galvanização; pode-se ainda trabalhar com aços de alta resistência à corrosão atmosférica, que são capazes de durar quatro vezes mais que os aços comuns a grande conseqüência da alta resistência do aço aos esforços de tração, compressão e cisalhamento é o enorme alivio de cargas para as fundações. As estruturas em aço são cerca de 6 vezes menos pesadas que as estruturas em concreto. a elevada resistência das peças executadas em aço, leva automaticamente, a menores dimensões. No caso de colunas, obtêm-se maior área útil e menores pesos; no de vigas, menores alturas (metade das do concreto) e menores pesos. Tabela 3 tabela referente às vantagens e desvantagens do uso do aço

40 Trabalho realizado pelos alunos: - Hélio Ferreira: pesquisa - Paulo Eleutério: pesquisa - Rafael de Melo: edição conforme ABNT Referências Bibliográficas: FREIRE, Carlos. Histórico da Estrutura Metálica. Metálica. Disponível em Acesso em 12. Maio METÁLICA.Tabelas de Perfis. Net. São Paulo, Disponível em Acesso em 12. Maio REMADE. Artigos Técnicos. Net. Disponível em Acesso em 14. Maio FAZFACIL. O Site que Ensina Fazer. Net. Disponível em Acesso em 14. Maio Fotos: Arquivo Pessoal

41 1 Definição de Concreto Estruturas de Concreto Armado e Protendido Foto: Estrutura de concreto armado Vertedouro O concreto é um aglomerado constituído de agregados e cimento como aglutinante; é portanto uma rocha artificial. A fabricação do concreto é feita pela mistura dos agregados (areia e cascalho) com cimento e água, à qual, conforme a necessidade, são acrescentados aditivos, que influenciam as características físicas e químicas do concreto fresco ou endurecido. O concreto fresco é moldado em forma e adensado com vibradores. O endurecimento do concreto começa após poucas horas e, de acordo com o tipo de cimento, atinge aos 28 dias cerca de 60 a 90% de sua resistência. O concreto pode ser fabricado no local ou ser pré-misturado. O concreto endurecido é classificado de acordo com a sua massa especifica nas seguintes categorias: concreto pesado: ρ = 2,8 a 5,0 t/m³ concreto normal: ρ = 2,0 a 2,8 t/m³ concreto leve estrutural: ρ = 1,2 a 2,0 t/m³ concreto leve para isolamento térmico: ρ = 0,7 a 1,6 t/m³ 1.1 Estruturas de concreto armado Concepção O material concreto armado resulta da combinação de uma matriz alcalina composta de cimento, agregados, eventuais aditivos e água, com um reforço de barras de aço. Nessa combinação destacam-se três compatibilidades: químicas, físicas e mecânica. Química: o aço não se corrói no ambiente alcalino do concreto. Física: aço e concreto têm deformações muito semelhantes devido às vibrações térmicas. Mecânica: o aço resiste bem à tração, completando a deficiência do concreto. A matriz concreto deve resistir aos esforços de compressão e conferir proteção química ao aço, de forma que matriz e reforço estejam perfeitamente aderidos entre si. A estrutura é a parte resistente da construção, formada por um conjunto de elementos como lajes, vigas e pilares. As estruturas correntes de concreto armado destinam-se às edificações residenciais, comerciais e industriais. Sua concepção envolve a aplicação de conhecimentos da teoria das estruturas para a determinação dos esforços solicitantes e da resistência dos materiais.

42 Executada por engenheiros calculistas ou projetistas de estruturas, essa atividade transformou-se, nos últimos anos, com o uso de computadores. Ao lado de inegáveis ganhos, surgiram também problemas decorrentes do uso incorreto de softwares existentes por pessoas não habilitadas. Os programas utilizados partem do pressuposto de que a estrutura analisada apresenta características comuns às demais estruturas usuais. Na medida em que novas técnicas construtivas possam alterar detalhes importantes da concepção estrutural, esses programas não consideram tais aspectos. Disso podem resultar estruturas com problemas de funcionamento estrutural. Um exemplo é a diminuição do travamento de pilares ao nível de pavimentos, por supressão ou disposição incorretas das vigas, originando estruturas com graves problemas de instabilidade global. Como definimos acima e voltando a frisar algumas propriedades, entende-se então como concreto com barras de aço nele imersas o concreto é Considerado armado com uma armadura de aço. O concreto armado é, pois, um material de construção composto, no qual a ligação entre o concreto e a armadura de aço é divida à aderência do cimento e a efeitos de natureza mecânica. Os dois materiais apresentam coeficientes de dilatação térmica bem próximos, dentro da faixa usual de temperaturas atmosféricas (entre 40 e +60 ºC): Concreto: α c = 0,9 a 1,4 x 10-5 ºC -1 Aço: α s = 1,2 x 10-5 ºC -1 O Conjunto apresenta grande durabilidade. O concreto forma uma camada de proteção em volta das peças de armadura, impedindo a oxidação. As barras de armaduras devem absorver os esforços de tração, que surgem nas peças submetidas à flexão ou à tração, já que o concreto possui alta resistência à compressão, porem pequena resistência à tração. Devido à aderência, as deformações das barras de aço e a do concreto que as envolve devem ser iguais, isto é, ε s = ε c para o aço e para o concreto. Tendo em vista que o concreto tracionado não pode acompanhar as grandes deformações do aço, o concreto fissura-se na zona de tração; os esforços de tração devem, então, ser absorvidos apenas pelo aço. Uma viga de concreto simples romperia bruscamente após a primeira fissura, uma vez atingida a baixa resistência à tração do concreto, sem que fosse aproveitada a sua alta resistência à compressão. A armadura deve portanto ser colocada na zona de tração das peças estruturais e, sempre que possível, na direção dos esforços internos de tração. A alta resistência à compressão do concreto pode, desta maneira, ser aproveitada na flexão, em vigas e lajes. Em peças submetidas apenas à compressão, as armaduras podem aumentar a capacidade de carga à compressão. O concreto com cal hidráulica e o cimento pozolânico (de origem vulcânica) já era conhecido pelos romanos como aglomerante. A invenção do cimento romano, em 1796, pelo inglês J. Parker, e a do cimento Portland pelo francês J. Aspdin, no ano de 1824, deram origem aos mais recentes desenvolvimentos em obras de concreto. Em meados do século XIX, foram adotadas pela primeira vez, na França, armaduras de aço em peças de concreto: 1855, J. L. Lambot construiu um barco com argamassa de cimento reforçada com ferro; em 1861, J. Monier construiu um vaso de flores de concreto com armadura de arama (concreto Monier); em 1861, F. Coignet publicou os princípios básicos para as construções em concreto armado, e apresentou na Exposição Internacional de Paris, em 1867, vigas e tubos de concreto armado.

43 O americano W.E. Ward construiu em Nova Iorque, em 1873, uma casa de concreto armado o Ward s Castle existente até hoje. Outros percussores foram: T. Hyatt, F. Hennebique, G.A. Wayss, M Koenen e C.W.F. Dohring. Emil Mörsch (professor da Universidade de Stuttgart) publicou, em 1902, por incumbência da firma Wayss & Freytag, uma descrição com base cientifica e fundamentadas, do comportamento do concreto de ferro e, partindo de resultados de ensaios, desenvolveu a primeira teoria realista sobre o dimensionamento de peças de concreto armado. A expressão concreto armado foi introduzida em 1920, em vez de concreto ferro, porque o material empregado é o aço e não o ferro. O aparecimento de fissuras no concreto foi considerado durante muito tempo como prejudicial, retardando a utilização do concreto armado. Hoje em dia, sabe-se que as fissuras são apenas capilares, quando as barras de aço escolhidas forem bem distribuídas e de diâmetros não muito grande. Em condições normais, não há nenhum perigo de corrosão para a armadura, desde que as fissuras sejam suficientemente pequenas. Devido à fissuração, M. Koenen propôs, já no ano de 1907, tensionar as barras de aço e, conseqüentemente, provocar tensões de compressão suficientemente elevadas no concreto, de modo a evitar a fissuração no caso de flexão. Observação: um concreto armado com armaduras previamente tensionadas é denominada hoje em dia concreto protendido. As tentativas primitivas falharam, porque não se sabia ainda que o concreto, com o tempo, encurta-se pela retração e pela deformação lenta. Assim, perdia-se a protensão realizada em aço comum. Somente em 1928, E. Freyssinet desenvolveu um processo com o emprego de aços de alta resistência, mediante a qual se poderia provocar tensões de compressão suficientemente elevadas e permanentes Produção Para obtenção de um bom concreto de acordo com sua finalidade, devem ser efetuadas com perfeição as operações básicas de produção do material, que influem nas propriedades do concreto endurecido. As operações básicas de produção do concreto são: Dosagem: estudo, indicação das proporções e quantificação dos materiais componentes da mistura, afim de obter um concreto com determinadas características previamente estabelecidas; Mistura: dar homogeneidade ao concreto, isto é, fazer com que ele apresente a mesma composição em qualquer ponto de sua massa; Transporte: levar o concreto do ponto onde foi preparado ao local onde será aplicado, podendo ser dentro da obra ou para ela, quando misturado em usina ou fora dela; Lançamento: colocação do concreto no local de aplicação, em geral, nas formas. Começar a endurecer após quatro horas da adição de água; Adensamento: compactação da massa de concreto, procurando retirar-se dela o maior volume possível de vazios ganho de resistência. Usa-se vibrar a massa com vibradores mecânicos, devendo-se evitar o excesso; Cura: conjunto de medidas com o objetivo de evitar a perda de água (evaporação) pelo concreto nos primeiros dias de idade, água essa necessária para reação com o cimento (hidratação). Utilizam-se mantas de

44 feltro molhadas com água. Em climas muito frios aquecem com vapor. Normalmente a resistência é atingida após vinte e oito dias da aplicação. Armaduras: especificadas preferencialmente por um engenheiro calculista, a armação de uma estrutura é montada com barras longitudinais de aço trefilado menores que 25mm (1 ) que dão resistência à tração, em formas de gaiola com elos transversais chamados estribos, que dão a resistência à torção. Formas: executadas em tabuas de madeira ou chapas de madeira compensada reforçada com sarrafos de madeira, as formas recebem primeiro a armadura e então, o concreto. E importante um bom escoramento para evitar movimentação antes do concreto obter resistência. Foto: Forma para execução de concreto armado 1.2 Estruturas de concreto protendido Definição de protensão A protensão pode ser definida como o artifício de introduzir, numa estrutura, um estado prévio de tensões, de modo a melhorar sua resistência ou seu comportamento, sobre ação de diversas solicitações Protensão aplicada ao concreto O artifício de protensão tem importância particular no caso do concreto, pelas seguintes razões: a) - O concreto é um dos materiais de construção mais importantes. Seus ingredientes são disponíveis a baixo custo em todas as regiões habitadas na terra. b) - O concreto tem boa resistência à compressão. c) - O concreto tem pequena resistência à tração, da ordem de 10% de resistência à compressão. Além de pequena, é pouco confiável. De fato, quando não é bem executado sua retração pode provocar fissuras, que eliminam a resistência à tração do concreto, antes mesmo de atuar qualquer solicitação.

45 Sendo o concreto um material de propriedades tão diferentes a compressão e a tração, o seu comportamento pode ser melhorado aplicando-se uma compressão prévia (isto é, protensão) nas regiões onde as solicitações produzem tensões de tração. O artifício da protensão, aplicada ao concreto, consiste em introduzir na viga esforços prévios que reduzam ou anulem as tensões de tração no concreto sobre a ação das solicitações em serviço. Nessas condições, minimiza-se a importância da fissuração como condição determinante de dimensionamento da viga. A protensão do concreto é realizada, na prática, por meio de cabos de aço de alta resistência, tracionados e ancorados no próprio concreto. Fig.1 - Viga de concreto armado convencional, sujeita a uma solicitação de flexão simples. A parte superior da seção de concreto é comprimida e a inferior é tracionada, admitindo-se fissurada para efeito de análise. Os efeitos de tração são resistidos pelas armaduras de aço. Fig.2 - Aplicação de um estado prévio de tensões na viga de concreto, mediante cabos de aço esticados e ancorados nas extremidades. P = esforço transmitido ao concreto pela ancoragem do cabo, geralmente denominado esforço de protensão. Como as tensões de tração são desprezadas por causa da fissuração do concreto, verifica-se que uma parte substancial da área da seção da viga não contribui para inércia da mesma. Com a protensão aplicam-se tensões prévias de compressão que pela manipulação das tensões internas, pode-se obter a contribuição da área total da seção da viga para a inércia da mesma. Sendo os cabos de aço tracionados e ancorados, pode-se empregar neles aços com alta resistência, trabalhando com tensões elevadas, assim temos: concreto com elevada resistência à compressão; aços com elevada resistência à tração. O estado prévio de tensões, introduzido pela protensão na viga de concreto, melhora o comportamento da mesma, não só para solicitações de flexão, como também para solicitações de cisalhamento Armaduras de vigas protendidas As armaduras de vigas protendidas são de dois tipos:

46 armaduras protendidas; armaduras não protendidas. As armaduras protendidas são constituídas pelos cabos de aço, pré-esticados e ancorados nas extremidades. Os diversos tipos de armaduras protendidas serão analisados mais adiante. As armaduras não protendidas são constituídas pelos vergalhões usuais de concreto armado, utilizados nas seguintes posições: a) - Armaduras longitudinais, geralmente denominadas suplementares; destinam-se a melhorar o comportamento da viga e controlar a fissuração da mesma, para cargas elevadas. b) - Armaduras da alma, geralmente constituídas por estribos, e denominadas armaduras transversais; destinam-se a resistir aos esforços de cisalhamento. c) - Armaduras locais, nos pontos de ancoragem dos cabos de protensão, denominadas armaduras de fretagem; destinam-se a evitar ruptura local do concreto nos pontos sujeitos a tensões muito elevadas. d) - Armaduras regionais, denominadas armaduras de introdução de tensões; destinam-se a garantir o espalhamento de tensões, aplicadas localmente, para a seção total da viga Comportamento de vigas protendidas sob ação das solicitações Sob ação de cargas, uma viga protendida sofre flexão, alterando-se as tensões de compressão aplicadas previamente. Quando a carga é retirada, a viga volta à sua posição original e as tensões prévias são restabelecidas. Se as tensões de tração provocadas pelas cargas forem inferiores às tensões prévias de compressão, a seção continuará comprimida, não sofrendo fissuração. Sob ação de cargas mais elevadas, as tensões de tração ultrapassam as tensões prévias, de modo que o concreto fica tracionado e fissura. Retirando-se a carga, a protensão provoca o fechamento das fissuras Sentido econômico do concreto protendido As resistências de concreto, utilizadas em concreto protendido, são duas a três vezes maiores que as utilizadas em concreto armado. Os aços utilizados nos cabos de protensão têm resistência três a cinco vezes superiores às dos aços usuais de concreto armado. O sentido econômico do concreto protendido consiste no fato de que os aumentos percentuais de preços são muito inferiores aos acréscimos de resistência utilizáveis, tanto para o concreto como para o aço de protensão Sistema de aplicação da protensão

47 Introdução A protensão do concreto é feita por meio de cabos de aço, que são esticados e ancorados nas extremidades. Os cabos de aço, também denominados armaduras de protensão, podem ser pré-tracionados ou pós-tracionados. Foto: Macaco hidraulico que faz a protensão dos cabos As vigas com armaduras pré-tracionadas são executadas seguindo os esquemas da figura 3. A armadura protendida fica aderente ao concreto, em toda a extensão da viga. Nas vigas com armaduras pós-tracionadas, os cabos são esticados após a cura do concreto. A armadura protendida é ancorada nas extremidades, podendo ficar aderente ao concreto, ao longo da viga, por meio de uma injeção de nata de cimento. Os sistemas com armaduras pré-tracionadas são mais adequados para instalações fixas (fábricas). Os sistemas com armaduras pós-tracionadas são mais utilizados quando a protensão é realizada na obra. Fig. 3 a) as armaduras de aço (1) são esticadas entre dois encontros (2), ficando ancoradas provisoriamente nos mesmos; b) o concreto (3) é colocado dentro das fôrmas, envolvendo as armaduras; c) após o concreto haver atingido resistência suficiente, soltam-se as ancoragens dos mesmos (2), transferindo-se a força para a viga, por aderência (4) entre o aço e o concreto Sistemas com armaduras pré-tracionadas Os sistemas com armaduras pré-tracionadas são geralmente utilizados em fábricas, onde a concretagem se faz em instalações fixas, denominados leitos de protensão. Os leitos são alongados, permitindo a produção simultânea de diversas peças. A Fig.4 mostra a seqüência construtiva de vigas com armaduras prétracionadas, em um leito alongado com capacidade para três vigas. A ancoragem das armaduras no concreto faz-se por aderência, num comprimento de ancoragem