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ESTRUTURAS DE CONCRETO – CAPÍTULO 3

Libânio M. Pinheiro, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos. 31 de março, 2003.

3.1 DEFINIÇÃO E IMPORTÂNCIA

Aço é uma liga metálica composta principalmente de ferro e de pequenas quantidades de carbono (em torno de 0,002% até 2%).

Os aços estruturais para construção civil possuem teores de carbono da ordem de 0,18% a 0,25%. Entre outras propriedades, o aço apresenta resistência e ductilidade, muito importantes para a Engenharia Civil.

Como o concreto simples apresenta pequena resistência à tração e é frágil, é altamente conveniente a associação do aço ao concreto, obtendo-se o concreto armado.

Este material, 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 à compressão.

3.2 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.

O minério de ferro de maior emprego na siderurgia é a hematita (Fe2O3), sendo o Brasil um dos grandes produtores mundiais.

USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Aços para armaduras

Coque é o resíduo sólido da destilação do carvão mineral. É combustível e possui carbono. Em temperaturas elevadas, as reações químicas que ocorrem entre o coque e o minério de ferro, separam o ferro do oxigênio. Este reage com o carbono do coque, formando dióxido de carbono (CO2), principalmente.

Também é utilizado um fundente, como o calcário, que abaixa o ponto de fusão da mistura.

Minério de ferro, coque e fundente são colocados pelo topo dos altos-fornos, e na base é injetado ar quente. Um alto forno chega a ter altura de 50m a 100m. A temperatura varia de 1000°C no topo a 1500°C na base.

A combinação do carbono do coque com o oxigênio do minério libera calor.

Simultaneamente, a combustão do carvão com o oxigênio do ar fornece calor para fundir o metal. O ponto de fusão é diminuído pelo fundente.

Na base do alto forno obtém-se ferro gusa, que é quebradiço e tem baixa resistência, por apresentar altos teores de carbono e de outros materiais, entre os quais silício, manganês, fósforo e enxofre.

A transformação de gusa em aço ocorre nas aciarias, com a diminuição do teor de carbono. São introduzidas quantidades controladas de oxigênio, que reagem com o carbono formando CO2.

3.3 TRATAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS

O aço obtido nas aciarias apresenta granulação grosseira, é quebradiço e de baixa resistência. Para aplicações estruturais, ele precisa sofrer modificações, o que é feito basicamente por dois tipos de tratamento: a quente e a frio.

a) Tratamento a quente

Este tratamento consiste na laminação, forjamento ou estiramento do aço, realizado em temperaturas acima de 720°C (zona crítica).

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Nessas temperaturas há uma modificação da estrutura interna do aço, ocorrendo homogeneização e recristalização com redução do tamanho dos grãos, melhorando as características mecânicas do material.

O aço obtido nessa situação apresenta melhor trabalhabilidade, aceita solda comum, possui diagrama tensão-deformação com patamar de escoamento, e resiste a incêndios moderados, perdendo resistência, apenas, com temperaturas acima de

1150 °C (Figura 3.1).

Estão incluídos neste grupo os aços CA-25 e CA-50.

Figura 3.1 - Diagrama tensão-deformação de aços tratados a quente

Na Figura 3.1 tem-se:

P: força aplicada; A: área da seção em cada instante;

A0: área inicial da seção; a: ponto da curva correspondente à resistência convencional; b: ponto da curva correspondente à resistência aparente; c: ponto da curva correspondente à resistência real.

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b) Tratamento a frio ou encruamento

Neste tratamento ocorre uma deformação dos grãos por meio de tração, compressão ou torção, e resulta no aumento da resistência mecânica e da dureza, e diminuição da resistência à corrosão e da ductilidade, ou seja, decréscimo do alongamento e da estricção.

O processo é realizado abaixo da zona de temperatura crítica (720 °C). Os grãos permanecem deformados e diz-se que o aço está encruado.

Nesta situação, os diagramas de tensão-deformação dos aços apresentam patamar de escoamento convencional, torna-se mais difícil a solda e, à temperatura da ordem de 600°C, o encruamento é perdido (Figura 3.2).

Está incluído neste grupo o aço CA-60.

Figura 3.2 - Diagrama tensão-deformação de aços tratados a frio Na Figura 3.2, tem-se:

P: força aplicada; A: área da seção em cada instante;

A0: área inicial da seção; a: ponto da curva correspondente à resistência convencional; b: ponto da curva correspondente à resistência aparente; c: ponto da curva correspondente à resistência real.

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3.4 BARRAS E FIOS

A NBR 7480 (1996) fixa as condições exigíveis na encomenda, fabricação e fornecimento de barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado.

Essa Norma classifica barras os produtos de diâmetro nominal 5 ou superior, obtidos exclusivamente por laminação a quente, e como fios aqueles de diâmetro nominal 10 ou inferior, obtidos por trefilação ou processo equivalente, como por exemplo estiramento. Esta classificação pode ser visualizada na Tabela 3.1.

Tabela 3.1 – Diâmetros nominais conforme a NBR 7480 (1996)

O comprimento normal de fabricação de barras e fios é de 11m, com tolerância de 9%, mas nunca inferior a 6m. Porém, comercialmente são encontradas barras de 12m, levando-se em consideração possíveis perdas que ocorrem no processo de corte.

3.5 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS

As características mecânicas mais importantes para a definição de um aço são o limite elástico, a resistência e o alongamento na ruptura. Essas características são determinadas através de ensaios de tração.

O limite elástico é a máxima tensão que o material pode suportar sem que se produzam deformações plásticas ou remanescentes, além de certos limites.

BARRAS Ø >= 5Laminação a Quente
CA - 25CA - 50
FIOSØ <= 10 Laminação a Frio

CA - 60

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