UNIFOR - Estrutura Metálica

UNIFOR - Estrutura Metálica

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Estruturas Metálicas

1.0 Considerações básicas:

O aço é basicamente uma liga de ferro com baixo teor de carbono (<1,7%) e outros elementos químicos que aparecem como impurezas ou são adicionados para fornecer propriedades desejadas.

1.1 Obtenção do aço:

Para produzir aço, parte-se do ferro, que é encontrado na natureza em forma de óxido e, na operação denominada redução é transformado em metal.

A operação de redução consiste em fornecer calor ao minério de ferro, que combina o oxigênio existente nas suas moléculas com carbono de carvão utilizado na queima, deixando como produto, nos altos fornos ou em fornos de redução direta, o metal básico ferro (ferro gusa).

A seguir, o ferro gusa é transformado em aço mediante a passagem de ar ou oxigênio puro no seu interior, possibilitando a combinação com carbono existente. Ao mesmo tempo podem ser adicionados outros elementos (silício, manganês, fósforo, enxofre, etc.), gerando-se assim os mais diversos tipos de aço.

Outro processo utilizado consiste em fundir sucata de ferro em um forno elétrico. Após esta transformação, o aço pode ser moldado na forma de chapas, barras, perfis, tubos, etc., num processo chamado de laminação.

1.2 Classificação: a) Segundo o teor de carbono:

I) Ferro gusa: teor de carbono entre 3,5% a 4% (1ª fusão do minério de ferro); I) Ferro fundido: teor de carbono entre 1,8% a 2% (2ª fusão); I) Aço carbono: teor de carbono entre 0,15% a 1,7%; IV) Ferro doce ou forjado: teor de carbono menor que 0,15%.

b) Aços estruturais:

I) Aço-carbono: baixo carbono: C < 0,15% carbono moderado: 0,15% < C < 0,29% médio carbono: 0,30% < C < 0,59% alto carbono: 0,60% < C < 1,7%

Exemplos: ASTM A7 ASTM A36 DIN St37 ASTM A307 (parafuso comum)

ASTM A325 (parafuso de alta resistência)

ASTM A570 (chapas) ASTM A500 (tubos)

I) Aços de baixa liga:

Aços com elementos de liga para aumentar a resistência mecânica ou à corrosão.

Exemplos: ASTM A242 USI-SAC-350

As usinas nacionais produzem aço de alta resistência mecânica e à corrosão atmosférica, com os seguintes nomes comerciais:

USI-SAC: produzido pela Usiminas NIOCOR: produzido pela CSN e Cosipa COS-AR-COR: produzido pela CSN e Cosipa.

I) Aços com tratamento térmico:

Tanto os aços-carbono quanto os de baixa liga podem ter suas resistências aumentadas pelo tratamento térmico, porém são aços de soldagem mais difícil.

Os parafusos de alta resistência e os aços de baixa liga usados em barras de protensão, recebem tratamento térmico.

1.3 Principais associações técnicas:

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

BRxxx (Baixa Resistência + tensão de escoamento fy em MPa): BR190 MRxxx (Média Resistência + tensão de escoamento fy em MPa): MR250 ARxxx (Alta Resistência + tensão de escoamento fy em MPa): AR345

ASTM - American Society for Testing and Materials Ordem cronológica: ASTM A36, A325

SAE - Society of Automotive Engineers Composição química: SAE 1020

DIN – Deustsche Industrie Normen (norma alemã)

1.4 Histórico:

Séc XII: produção de ferro fundido em larga escala (China); 1.750: produção industrial do ferro fundido (Inglaterra); 1.779: ponte sobre o rio Severn (Inglaterra); 1.857: ponte sobre o rio Paraíba do Sul (Brasil); 1.860: produção industrial do aço; 1.890: o aço suplanta o ferro fundido como material de construção; 1.953: Companhia Siderúrgica Nacional (CSN); 1.960: aços de baixa liga; 1.961:edifício Avenida Central; 1.970: ponte Rio-Niterói.

1.5 Normas técnicas:

NBR 6120 (NB-5/1978): Cargas para o cálculo de estruturas de edificações (ABNT); NBR 6123 (NB599/1987): Forças devidas ao vento em edificações (ABNT); NBR 8681 (NB 862/1984) Ações e segurança nas estruturas (ABNT); NBR 80 (NB 14/1986): Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios (ABNT); LRFD Manual of Steel Construction (AISC);

Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE 7-98) (American Society of Civil Engineers);

Structural Welding Code: Steel : ANSI/AWS D1.1 2000 Vol. 1 (American Welding Society).

1.6 Ensaio de tração simples (curva tensão x deformação):

Lei de Hooke: Os deslocamentos são proporcionais aos esforços (dentro de certos limites).

∆l = kF Tensão:

σ = 0A F

Deformação específica:

Lei de Hooke:

σ = Eε E: módulo de elasticidade ( módulo de Young) , para o aço E = 205.0 MPa Curvas tensão-deformação de aços estruturais fy: tensão de escoamento fu: tensão de ruptura

Trecho inicial de curvas tensão-deformação de aços estruturais (Ampliação da parte inicial da figura anterior)

1.7 Ensaio de cisalhamento simples:

Tensão de cisalhamento: A F=τ

Lei de Hooke: τ = Gγ γ = distorção; 0h d=γ

G: módulo de elasticidade transversal; Relação entre E, G e ν :

Experimentalmente, verificou-se que fv = 0,60 fy , sendo fv a tensão de escoamento ao cisalhamento.

fy: tensão de escoamento fu: tensão de ruptura fv tg-1 G

1.8 Propriedades dos aços: Constantes físicas:

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