AÇOS PARA CONCRETO ARMADO MCC2001 AULA 9

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1 AÇOS PARA CONCRETO ARMADO MCC2001 AULA 9 Disciplina: Materiais de Construção Professora: Dr. a Carmeane Effting II 1 o semestre 2014 Centro de Ciências Tecnológicas Departamento de Engenharia Civil

2 Aços para Armadura Definição e Importância O aço é uma liga metálica composta principalmente de ferro e de pequenas quantidades de carbono (em torno de 0,002 até 2%). liga de FeC

3 Os aços estruturais para const. Civil possuem teores de C de 0,18 a 0,25%. Tem grande aplicação na Engenharia devido às características: ductilidade; incombustibilidade; facilidade de ser trabalhado; resistência à tração, compressão, flexão e torção; resist. ao impacto, abrasão e desgaste. *Em condições adequadas, apresenta resistência à variações de temperatura, intempéries e agressões químicas.

4 Como o concreto simples apresenta pequena resistência a tração e é frágil, é conveniente a associação do aço ao concreto, obtendo-se o conc. armado. Adequadamente dimensionado e detalhado, resiste muito bem à maioria dos tipos de solicitação. Mesmo em peças comprimidas, além de fornecer ductilidade,o aço aumenta a resistência do concreto à compressão.

5 Obtenção do produto siderúrgico Para a obtenção do aço são necessárias basicamente duas matérias-primas: minério de ferro e coque. O processo de obtenção denomina-se siderurgia, que começa com a chegada do minério de ferro e vai até o produto final a ser utilizado no mercado.

6 Obtenção do produto siderúrgico O ponto de partida para obtenção do aço é o minério de ferro. A hematita (Fe 2 O 3 ) é o minério de ferro de maior emprego na siderurgia, sendo o Brasil um dos grandes produtores mundiais.

7 Obtenção do produto siderúrgico O processo de transformação do minério em aço pode ser resumido em 4 grandes estágios: preparação ou tratamento do minério e do carvão; redução do minério de ferro; refino; tratamento mecânico.

8 a) Preparação ou tratamento do minério e do carvão Consiste na preparação do mineral extraído da natureza, passado por britadeiras, seguida de classificação pelo tamanho. É lavado com jato de água, para eliminar argila, terra, etc. Como o minério deve entrar no alto forno com granulometria padronizada, os pedaços pequenos são submetidos à sintetização ou pelotização, para se aglutinarem em pedaços maiores.

9 a) Preparação ou tratamento do minério e do carvão O coque é um combustível obtido com o aquecimento do carvão mineral, resultando C e cinzas. Mistura-se um fundente (como o calcário), necessário à formação da escória de alto forno, que abaixa o ponto de fusão da mistura, e com isso se obtém maior eficiência das operações de alto forno. *Um alto forno chega a ter altura de 50 a 100m.

10 b) Redução do minério de ferro Retira o oxigênio do minério, que será reduzido a Fe. Em T elevadas, as reações químicas que ocorrem entre o coque e o minério de ferro separam o Fe do oxigênio. Este reage com o C do coque, formando dióxido de carbono (CO 2 ), principalmente.

11 A combustão do carvão e o oxigênio do ar fornecem calor para fundir o metal reduzido e a ganga (impurezas contidas no minério), que se combina com os fundentes, formando a escória que se separa do Fe no estado líquido, em virtude do seu menor peso específico.

12 Na base do alto forno obtém-se a escória de alto forno e o ferro gusa, que é quebradiço e tem baixa resistência, por apresentar altos teores de C e de outros materiais (como silício, manganês, fósforo e enxofre).

13 c) Refino É a transformação do Fe gusa em aço. Essa etapa é processada nas aciarias, com a de teor de C e de outros materiais. A transformação é feita pela introdução controlada de O. O aço líquido é transferido para a 2 ª etapa do processo na aciaria, que é o lingoteamento contínuo, em que são produzidos os tarugos, que são barras de aço de seção quadrada e comprimento de acordo com sua finalidade.

14 c) Refino Nas lingoteiras, inicia-se o processo de solidificação do aço, com a formação de uma fina casca sólida na superfície do material. Solidificação da superfície até o núcleo

15 Após a passagem pela lingoteira, existe a câmara de refrigeração, onde é feita a aspersão de água que se encontra sobre a superfície sólida e ainda rubra do material, auxiliando sua solidificação até o núcleo. Câmara de refrigeração Barras de seção quadrada Aço obtido nas aciarias

16 d) Tratamento mecânico A solidificação do aço líquido nas lingoteiras impedem a obtenção de um material homog., resultando sempre num material com granulação grosseira, quebradiço e de baixa resistência. Por isso, a etapa final é o trat. mecânico (a quente ou a frio) dos tarugos, que os transformam em produtos com características adequadas para aplicações estruturais.

17 d.1) Tratamento a quente Quando a T de trabalho é maior 720 o C (zona crítica), ocorre a homogeneização e a recristalização do aço. Nessa situação o aço é +mole, sendo + fácil de trabalhar, pois os grãos deformados recristalizam- se sob a forma de pequenos grãos, melhorando as caract. mecânicas do material. Este tratamento consiste na laminação, no forjamento e na extrusão.

18 O aço obtido nessa situação apresenta melhor trabalhabilidade, aceita solda comum, possui diagrama tensão-deformação com patamar de escoamento, e resiste a incêndios moderados. Perde resistência, apenas, com T acima de 1150 o C (Fig.3.1). Estão incluídos neste grupo os aços CA-25 e CA-50.

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20 valor característico da resistência ao escoamento valor característico da resistência ao escoamento resistência à tração do aço

21 A laminação consiste na passagem do material entre 2 rolos que giram com a mesma velocidade periférica em sentidos opostos e estão espaçados de uma distância inferior à espessura da peça a laminar. Em função do atrito entre o metal e os rolos, a peça é puxada pelos rolos, tendo sua espessura reduzida, o comprimento alongado e a largura levemente aumentada.

22 LAMINAÇÃO É um processo de transformação mecânica que consiste na redução da seção transversal por compressão do metal, por meio da passagem entre 2 cilindros de aço ou ferro fundido com eixos paralelos que giram em torno de si mesmos.

23 LAMINAÇÃO Esta seção transversal é retangular e refere-se a produtos laminados planos de alumínio e suas ligas, compreendendo desde chapas grossas com esp. de 150 mm, usadas em usinas atômicas, até folhas com esp. de 0,005 mm, usadas em condensadores. Existem 2 processos tradicionais de laminação de alumínio: laminação a quente e a frio. Atualmente, a indústria também utiliza-se da laminação contínua.

24 LAMINAÇÃO CONTÍNUA Processo que elimina a etapa de laminação a quente. O alumínio é solidificado entre 2 cilindros refrigerados internamente por água, que giram em torno de seus eixos, produzindo uma chapa com seção retangular e espessura aproximada de 6mm. Após, a chapa é enrolada, obtendo-se assim um produto similar àquele obtido por laminação a quente. Este produto apresentará uma estrutura bruta de fusão bastante refinada, dada a alta eficiência do refinador de grão utilizado no vazamento.

25 LAMINAÇÃO Os principais tipos de produtos laminados são: chapas planas ou bobinadas, folhas e discos. Aplicações em setores como transportes (carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos estruturais, etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de consumo (panelas, utensílios domésticos,etc.).

26 rufo: chapa metálica dobrada que, no encontro de telhados e paredes, evita, a penetração das águas da chuva nas construções

27 Tratamento mecânico dos aços O forjamento é o processo de conformação com que se obtém a forma desejada da peça por martelamento ou por aplicação gradativa de pressão. A maioria das operações de forjamento ocorre a quente,embora certos metais possam ser forjados a frio.

28 FORJAMENTO No forjamento do alumínio, um bloco, tarugo ou perfil é aquecido e pressionado contra uma matriz bipartida, na qual foi escavada a forma da peça em negativo. O metal escoa, preenchendo a cavidade formada pelo ferramental, tomando a forma da peça.

29 O forjamento é possivelmente o processo mais antigo de tratamento mecânico. No processo da extrusão, o tarugo é refundido e forçado a passar, sob pressão, por orifícios com a forma desejada.

30 EXTRUSÃO Extrusão é um processo de transformação termomecânica no qual um tarugo de metal é reduzido em sua seção transversal quando forçado a fluir através do orifício de uma matriz, sob o efeito de altas P e T. Como uma pasta de dente sendo expelida para fora de seu tubo.

31 EXTRUSÃO

32 EXTRUSÃO

33 d.2) Tratamento a frio ou encruamento Neste tratamento ocorre uma deformação dos grãos por meio de tração, compressão ou torção. Resulta no da RM e da dureza, e da resistência à corrosão e da ductilidade, ou seja, decréscimo do alongamento e da estricção. O processo é realizado abaixo da zona de T crítica (720 o C). Os grãos permanecem deformados e diz-se que o aço está encruado.

34 Nesta situação, os diagramas tensão-deformação dos aços apresentam patamar de escoamento convencional, a solda torna-se mais difícil e, à temperatura da ordem de 600 o C, o encruamento é perdido. Neste grupo está incluído o aço CA-60.

35 O trefilamento é o + utilizado processo de trat. mecânico a frio. Nesse processo o metal é forçado a passar por orifícios de moldagem. É o processo das fieiras de arames e geralmente é realizado a frio. No trefilamento de arames, os fios endurecem rapidamente e têm que ser recozidos a cada passagem.

36 Aços para Armadura Barras e fios A NBR 7480 (2007) Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado fixa as condições exigíveis na encomenda, fabricação e fornecimento de barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado, com ou sem revestimento superficial.

37 Aços para Armadura Classificam-se como barras os produtos de nominal 6,3 mm ou >, obtidos exclusivamente por laminação a quente. O diâmetro nominal de 5 mm foi retirado em relação à versão anterior dessa norma, a NBR 7480:1996. De acordo com o valor característico da resistência de escoamento, as barras de aço são classificadas nas categorias: CA-25 e CA-50.

38 Aços para Armadura Os fios são aqueles de nominal 10 mm ou inferior, obtidos a partir de fio-máquina por trefilação ou laminação a frio. Segundo o valor característico da resistência de escoamento, os fios são classificados na categoria CA-60. Esta classificação pode ser visualizada na Tabela 3.1.

39 Aços para Armadura Barras e fios

40 As barras da categoria CA-50 são providas de nervuras transversais oblíquas. O valores de coef. de conformação superficial para cada são determinados em ensaios em laboratório e devem atender aos parâmetros mínimos de aderência. Na falta desses ensaios, para barras de < que 10 mm, adotar o coef. de conformação superficial mínimo igual a 1 ( = 1), e para barras com > ou igual a 10 mm, = 1,5.

41 Aços para Armadura

42 Os fios podem ser lisos, entalhados ou nervurados. Os de nominal 10 mm devem ter entalhes ou nervuras. O coef. de conformação superficial mínimo, quando não for obtido por ensaio, deve ser 1 para < que 10 mm, e 1,5 para = 10 mm. A categoria CA-25 deve ter superfície lisa, desprovida de nervuras ou entalhes. Adotar coef. de conformação superficial mínimo, para todos os s = 1.

43 Não utilizar s inferiores a 5 mm em elementos estruturais, pois os inconvenientes de seu manuseio durante a obra (transporte desde a central e armação até sua colocação na fôrma e posterior concretagem, podem comprometer o bom funcionamento da armadura). O comprim. de fornecimento das barras e fios retos deve ser de 12 m e a tolerância de ±1%. São fornecidos em peças, feixes, rolos ou conforme acordo entre fornecedor e comprador.

44 Aços para Armadura Características Mecânicas As mais importantes para a definição de um aço são o limite elástico, a resistência e o alongamento na ruptura determinadas em ensaios de tração.

45 O limite elástico é a máxima tensão que o material pode suportar sem que se produzam deformações plásticas, além de certos limites. Resistência é a máxima força de tração que a barra suporta, dividida pela área de seção transversal inicial do corpo de prova. Alongamento na ruptura é o aumento do comprimento do cdp correspondente à ruptura (%)

46 Assim o diagrama tensão-deformação é o gráfico dos correspondentes valores de e, onde o eixo das coordenadas representa as tensões e o eixo das abcissas as deformações. D máx. E v Limite Elástico esc. P A B C COMPORTAMENTO PLÁSTICO E Região Elástica Escoamento o Diagrama tensão-deformação em um ensaio de tração de um aço. Deformação Esp. de Endurecimento Estricção Resistência dos Materiais

47 Aços para Armadura Características Mecânicas Os aços para concreto armado devem obedecer aos requisitos: Ductilidade e homogeneidade; Valor elevado da relação entre limite de resistência e limite de escoamento; Soldabilidade; Resistência razoável à corrosão.

48 Aços para Armadura Características Mecânicas A ductilidade é a capacidade do material de se deformar plasticamente sem romper. Pode ser medida por meio do alongamento específico ( ) ou da estricção. Quanto mais dúctil o aço, maior é a redução de área ou o alongamento antes da ruptura.

49 Aços para Armadura Um material não dúctil, como o ferro fundido, não se deforma plasticamente antes da ruptura. material possui comportamento frágil. Adota-se, para aço destinado a armadura passiva (para concreto armado), massa específica de 7850 kg/m 3, coeficiente de dilatação térmica = 10-5 / o C, para temperatura entre -20 o C e 150 o C, e módulo de elasticidade de 210 GPa.

50 Aderência A existência do material concreto armado decorre da solidariedade existente entre o concreto simples e as barras de aço. A aderência pode ser dividida em: aderência por adesão, aderência por atrito e aderência mecânica. A adesão resulta de ligações físico-químicas que se estabelecem na interface dos dois materiais, durante as reações de pega do cimento.

51 Aderência O atrito é notado ao se processar o arrancamento da barra de aço do volume de concreto que a envolve. As forças de atrito dependem do coeficiente de atrito entre aço e o concreto, o qual é função da rugosidade superficial da barra, e decorrem da existência de uma pressão transversal, exercida pelo concreto sobre a barra e pela retração do concreto.

52 A aderência mecânica é decorrente da existência de nervuras ou entalhes na superfície da barra. Este efeito também é encontrado nas barras lisas, em razão da existência de irregularidades próprias, originadas no processo de laminação das barras. As nervuras e os entalhes têm como função aumentar a aderência da barra ao concreto, proporcionando melhor atuação conjunta do aço e do concreto.

53 A influência desse comportamento solidário entre o concreto simples e as barras de aço é medida quantitativamente pelo coeficiente de conformação superficial das barras ( ). A NBR 7480: 2007 estabelece os valores mínimos para, apresentados na Tabela 3.2.

54 Aços para Armadura Aderência

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