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27/06/2010
1
Estruturas de aço.
Aspectos tecnológicos
e de concepção.
Prof. Edson Lubas Silva
Agradecimento ao Prof. Dr. Valdir Pignatta pelo material cedido
ASPECTOS TECNOLÓGICOS
DOS AÇOS ESTRUTURAIS
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ferro + carbono = aço
minério de ferro minério de carvão
+ +
impurezas impurezas
O que é o aço?
A fabricação do aço
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CARVÃO
MINÉRIO DE FERRO
FUNDENTESSINTERIZAÇÃO
COQUERIA
LINGOTAMENTOCONVENCIONAL
FORNO-POÇO
CONVERTEDOR LD
DESSULFURAÇÃO
LAMINADOR LAMINADOR PRIMÁRIO SECUNDÁRIO
LAMINADOR BLOCOS / TARUGOS
CARRO TORPEDO
PRODUTOSCARBOQUÍMICOS BENZENO
TOLUENOXILENOPICHENAFTALENOAMÔNIA ANIDRAOUTROS
ALTO FORNO
TARUGOS
BLOCOS
PLACAS
RESÍDUOS
COQUE
GUSA
SINTER
AÇOLINGOTES
LINGOTES
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
ESTAÇÃOARGÔNIO
RHFORNO PANELA
ESTRIPAMENTO
AÇO
PROCESSO PRODUTIVO
Redução do minério de ferro
Alto-forno
CARRO-TORPEDO GUSA
VENTANEIRAS
COQUE
MINÉRIO DE FERRO
Etapas para a Fabricação do Aço
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Refino do aço
Aciaria
Aço Líquido
Escória
Lança O2
Etapas para a Fabricação do Aço
Etapas para a Fabricação do Aço
Refino do aço
Aciaria
Escória
Aço Líquido
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Lingotamento Contínuo
Corte a GásPlaca
Etapas para a Fabricação do Aço
Forno de Reaquecimento
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Conformação mecânica
Laminação
Etapas para a Fabricação do Aço
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7
Conformação mecânica
Laminação
\
Etapas para a Fabricação do Aço
Conformação mecânica
Laminação
Etapas para a Fabricação do Aço
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Matéria prima
Alto forno
Fabricação do gusa
Aciaria
Fabricação do aço
Tratamento: sinterização e coqueria
Lingotamento
LTQ - Laminação de tiras a quente
1,80 mm – 11,00 mm
LTF - Laminação de tiras a frio
0,60 mm – 3,00 mm
LCG - Laminação de chapas grossas
5 mm – 140 mm
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Desbastador
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1o Passe
2o Passe
3o Passe
4o Passe
5o Passe
6o Passe
7o Passe
DESBASTADOR
CONJUNTO UNIVERSAL
1o Passe
Edger
2o Passe
3o Passe
Edger
4o Passe
5o Passe
Edger
6o Passe
7o Passe
Edger
8o Passe
9o Passe
Edger
10o Passe
Saída do Conjunto Universal
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PLANOS
Placas
Bobinas
Chapas
Produtos de Aço
NÃO-PLANOS
Lingotes,blocos e tarugos
Trilhos
Perfis
Vergalhões
Tubos
Fio-máquina
Controle de qualidade ao longo de todo processo
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Indústria siderúrgica
Grandes fabricantes
de
estruturas metálicas
Grandes fabricantes
de
componentes metálicos
Montadoras
Distribuidores de
produtos siderúrgicos
Pequenos fabricantes
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DOS
AÇOS ESTRUTURAIS
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F
Deformação em um corpo de prova submetido à tração
Diagrama tensão-deformação
em escala real
resistência associada ao limite
de proporcionalidade - fp
resistência ao escoamento - fy
resistência à ruptura - fu
usty
p
regime
elástico-
linear
regime
plástico
encruamento
patamar de
escoamento
ruptura
Diagrama tensão-deformação em escala deformada
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Elasticidade
Capacidade do elemento voltar à forma original após
sucessivos ciclos de carregamento e descarregamento.
•A deformação elástica é reversível: desaparece
quando a tensão é removida.
A deformação elástica é
conseqüência da movimentação dos
átomos constituintes da rede
cristalina do material, desde que a
posição relativa desses átomos seja
mantida.
Em nível de microestrutura…
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DISPOSIÇÃO DE ÁTOMOS DE FERRO NO CRISTAL
ELEMENTO IDEAL – MODELO DE ESFERAS RÍGIDAS
ELASTICIDADE
MECANISMO DE ESCORREGAMENTO NO CISALHAMENTO
(SIMPLIFICADO)
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deformação plástica residual após o descarregamento
deformação elástica + deformação plástica
Deformação plástica
Deformação permanente provocada por tensão igual ou
superior à resistência associada ao limite de proporcionalidade
Resultado de um deslocamento permanente dos átomos
que constituem o material
ELASTICIDADE
MECANISMO DE ESCORREGAMENTO NO CISALHAMENTO
(SIMPLIFICADO)
PLASTICIDADE
Sem imperfeições fu = E/20
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DISPOSIÇÃO DE ÁTOMOS DE FERRO NO CRISTAL
ELEMENTO REAL - IMPERFEIÇÕES
VÁZIOS
ÁTOMO
IMPURO
Ductilidade
Ductilidade é a capacidade dos materiais de
se deformar plasticamente sem se romper
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• redistribuição de tensões elevadas
•grandes deformações aviso de tensões elevadas
Ductilidade
F
F
M
fy
M
fy fy fy
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Tensões residuais
arctan E
fy
fy - r
fy
Aço virgem Aço com tensão residual
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•AÇOS-CARBONO
•AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA
LIGA SEM TRATAMENTO TÉRMICO
•AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA
LIGA COM TRATAMENTO TÉRMICO
TIPOS DE AÇOS
Tipo de Aço fy
(MPa)
fu
(MPa)
ASTM-A36 250 400
ASTM-A570 (gr.36) 250 365
NBR 6648/CG-26 255* 410
*
245**
410**
NBR 6650/CF-26 260 410
NBR 7007/MR-250 250 400
•não contém elementos de liga
•podem ser divididos em baixo, médio e alto carbono
(baixo carbono - mais adequados à construção civil.
AÇOS-CARBONO
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AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA
SEM TRATAMENTO TÉRMICO
•fy 300MPa
•elementos de liga, com teor inferior a 2%,
•maior resistência mecânica ou resistência à corrosão
•adequados à utilização na construção civil
(necessária uma análise econômica comparativa com os aços-carbono,
que têm menor resistência e custo unitário menor)
Tipo de Aço fy
(MPa)
fu
(MPa)
COS-AR-COR 500 375 490
COS-AR-COR 400 250 380
USI-SAC-350
(SAC 50)
373 490
USI-SAC-250
(SAC-41)
250 402
CSN-COR-500 380 500
CSN-COR-420 300 420
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•elementos de liga com teor inferior a 2% + tratamento térmico especial
posterior à laminação
•alta resistência mecânica (fy 300Mpa)
aplicação: tanques, vasos de pressão, dutos forçados
AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA
COM TRATAMENTO TÉRMICO
AÇOS SEM QUALIFICAÇÃO ESTRUTURAL
•aço SAE são freqüentemente empregados na construção civil
componentes de telhas
caixilhos
chapas xadrez
estruturas (indevidamente)
não são aços estruturais
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SAE 1 0 2 0
elemento de
liga (para o aço
carbono o
algarismo é 1)
porcentagem
aproximada da
liga (zero
significa a
ausência deste
elemento)
teor médio de
carbono
(20 significa
0,20% médio de
carbono)
designação dos aços SAE
“A utilização de aços sem qualificação estrutural para
perfis é tolerada se o aço possuir propriedades
mecânicas adequadas para receber o trabalho a frio e
fy 180MPa fu 300MPa”
NBR 14762
“Dimensionamento de estruturas de aço constituídas
por perfis formados a frio”
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Elementos de aço
CHAPAS
Produtos planos laminados de aço com largura superior a 500mm,
sendo classificados como:
chapas grossas - t > 5mm
chapas finas - t 5mm
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chapas grossas
espessura: 5,00mm < t 150,00mm
largura-padrão: 1,00m L 3,8m
comprimento-padrão: 6,00m c 12,00m
chapas grossas
dimensões preferenciais (mais econômicas)
largura: 2,44m
comprimento: 12,00m
espessuras: conforme tabela
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Espessuras-padrão das chapas grossas de aço
(mm)
6,30 25,0
8,00 31,5
9,50 37,5
12,5 50,0
16,0 63,0
19,0 75,0
22,4 100,0
Utilização
perfis soldados
perfis formados a frio (depende da disponibilidade de equipamento)
chapas de ligação, placas de base, chapas de piso
chapas grossas
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chapas finas
espessura: 0,60mm t 5mm
chapas finas a quente: 2mm t 5mm
chapas finas a frio: 0,60mm t 3mm
largura-padrão: 1,00m L 1,50m
comprimento-padrão: 2,00m c 3,00m (chapas a frio)
2,00m c 6,00m (chapas a quente).
chapas finas
dimensões preferenciais (mais econômicas)
largura: 1,20m
comprimento:
chapas finas a quente: 3m
chapas finas a frio: 2m ou bobina (custo menor)
espessuras: conforme tabela
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0,60 2,25
0,75 2,65
0,85 3,00
0,90 3,35
1,06 3,75
1,20 4,25
1,50 4,50
1,70 4,75
1,90 5,00
Espessuras-padrão das chapas finas de aço
(mm)
Utilização
perfis formados a frio (chapa dobrada)
telhas, caixilhos
chapas finas
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PERFIS
perfis de utilização corrente
seção em forma de:
I, H, U, Z - denominação análoga a essas letras
L - cantoneira
Os perfis podem ser obtidos por:
•laminação - Perfis laminados
•conformação a frio - Perfis formados a frio
•soldagem de chapas - Perfis soldados
•eletrofusão - perfis eletro-soldados
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PERFIS SOLDADOS
Perfil soldado é o perfil constituído por três chapas de aço estrutural,
unidas entre si por soldagem a arco elétrico, formando
aproximadamente em sua seção transversal um I.
•largamente empregados na construção de
estruturas de aço
•grande versatilidade de combinações possíveis
de espessuras com alturas e larguras
•redução do peso da estrutura,
comparativamente com os perfis laminados
disponíveis no mercado atualmente.
produzidos pelos fabricantes de estruturas metálicas a partir do corte e
soldagem das chapas fabricadas pelas usinas siderúrgicas
soldagem: eletrodo revestido, arco submerso ou outro tipo
material de solda - compatível com o tipo de aço a ser soldado
(características similares de resistência mecânica, à corrosão, etc.)
PERFIS SOLDADOS
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--
NBR 5884
“PerfilIestruturaldeaçosoldadoporarcoelétrico”
Série VS perfis tipo viga
1,5 < d/bf 4
Série CS - perfis tipo pilar
d/bf = 1
Série CVS - perfis tipo viga-pilar
1 < d/bf 1,5
Série PS – quaisquer
dimensões, fabricado
conforme NBR 5884
série - altura em milímetros - massa aproximada em quilogramas por metro
CS 300x62 (d = 300mm; massa = 62,4 kg/m)
Designações
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Perfis formados a frio
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realizado por prensa dobradeira
a “faca” da dobradeira é prensada contra a chapa de aço, obrigando-a a
formar uma dobra
várias operações similares a essa fornecem à seção do perfil a
geometria exigida no projeto
o comprimento do perfil está limitado à largura da prensa.
adequado a pequenas quantidades de perfis.
Perfis formados a frio
Processos de fabricação
Descontínuo
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27/06/2010
35
Perfis formados a frio
processos de fabricação
deslocamento longitudinal de uma chapa de aço, sobre os roletes de uma
linha de perfilação
os roletes conferem à chapa, a forma definitiva do perfil
quando o perfil deixa a linha de perfilação, ele é cortado no comprimento
indicado no projeto
adequado à fabricação em série.
Contínuo
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processo fabricantes especializados
contínuo em perfis formados a frio
processo fabricantes
descontínuo de estruturas metálicas.
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Estricção
aumento da resistência ao escoamento e da resistência à ruptura
devido ao dobramento
fenômeno conhecido como envelhecimento (carregamento até a
zona plástica, descarregamento, e posteriormente, porém não
imediato, o carregamento).
redução de ductilidade
qualquer processo de fabricação: perfilação ou dobradeira
Perfis formados a frio
dobramento aumento de resistência
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Raio de dobramento depende do tipo de aço
Dureza
Resistência
Fabricação (Ca-Si)
Direção de dobramento
Raio de dobramento
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PERFIS LAMINADOS
fabricados na laminação à quente nas usinas siderúrgicas
PERFIS LAMINADOS
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1o Passe
2o Passe
3o Passe
4o Passe
5o Passe
6o Passe
7o Passe
DESBASTADOR
CONJUNTO UNIVERSAL
1o Passe
Edger
2o Passe
3o Passe
Edger
4o Passe
5o Passe
Edger
6o Passe
7o Passe
Edger
8o Passe
9o Passe
Edger
10o Passe
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Saída do Conjunto Universal
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PERFIS LAMINADOS
Mesas com faces paralelas
Mesas com faces inclinadas
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DetalhesPerfis eletro-soldados
Mesa superior
Mesa inferior
Alma
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Fábrica
Processo de eletrofusão
• Fabricados hoje conforme
padrão de tolerância
da NBR 15279: 2005.
• Aço ASTM A572 grau 50
ou Cos Ar Cor 350
Produtos
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VE 300 x 26
Ex:
Viga eletro-soldado
altura
Peso por metro
linear
• Denominação do perfil
nome - VE, CE, CVE e VEE
• Classe do perfil
classe 1 e 2
• Padrão de tolerância
1 - especial, 2 - convencional, 3 - estaca
Como
Especificar
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