aço para concreto armado
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Aços para concreto armado
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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%.
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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.
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Este material, adequadamente dimensionado e detalhado, resiste muito bem à maioria dos tipos de solicitação.
Mesmo em peças comprimidas, além de fornecerductilidade, o aço aumenta a resistência à compressão.
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OBTENÇÃO DO PRODUTO SIDERÚRGICOPara 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 utilizadono mercado.
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OBTENÇÃO DO PRODUTO SIDERÚRGICO
O minério de ferro de maior emprego na siderurgia é a hematita (Fe2O3),sendo o Brasil um dos grandes produtores mundiais.
Coque é o resíduo sólido da destilação do carvão mineral. É combustível e possui carbono.
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OBTENÇÃO DO PRODUTO SIDERÚRGICO
Em temperaturas elevadas, as reações químicas que ocorrem entreo coque e o minério de ferro, separam o ferro do oxigênio.
Este reage com o carbono do coque, formando dióxido de carbono (CO2), principalmente.
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TRATAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS
O aço obtido nas aciarias apresenta granulação grosseira, é quebradiço e debaixa resistência.
Para aplicações estruturais, ele precisa sofrer modificações, o que é feito basicamente por dois tipos de tratamento: a quente e a frio.
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TRATAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS
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.
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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 de1150 °C (Figura 3.1).
Estão incluídos neste grupo os aços CA-25 e CA-50.
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Figura 3.1 - Diagrama tensão-deformação de aços tratados a quente
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Na Figura 3.1 tem-se:P: força aplicada;A: área da seção em cada instante;Ao: área inicial da seção;
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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, ediminuição da resistência à corrosão e da ductilidade, ou seja, decréscimo doalongamento e da estricção.
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b) Tratamento a frio ou encruamento
O processo é realizado abaixo da zona de temperatura crítica (720 °C). Osgrãos permanecem deformados e diz-se que o aço está encruado.
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b) Tratamento a frio ou encruamento
Nesta situação, os diagramas de tensão-deformação dos aços apresentampatamar de escoamento convencional, torna-se mais difícil a solda e, à temperaturada ordem de 600 °C, o encruamento é perdido (Figura 3.2).
Está incluído neste grupo o aço CA-60.
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Figura 3.2 - Diagrama tensão-deformação de aços tratados a frio
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Na Figura 3.2, tem-se:P: força aplicada;A: área da seção em cada instante;Ao: área inicial da seção;
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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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BARRAS E FIOS
A NBR 7480 (1996) fixa as condições exigíveis na encomenda, fabricação efornecimento de barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado.
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BARRAS E FIOS
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.
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O comprimento normal de fabricação de barras e fios é de 11m, com tolerância de 9%, mas nunca inferior a 6m.
Porém, comercialmente são encontradasbarras de 12m, levando-se em consideração possíveis perdas que ocorrem noprocesso de corte.
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CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS
As características mecânicas mais importantes para a definição de um aço são o limite elástico, a resistência na ruptura e o alongamento na ruptura.
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CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS
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.
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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 corpo-de-prova correspondente à ruptura, expresso em porcentagem.
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•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 a corrosão.
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A ductilidade é a capacidade do material de se deformar plasticamente semromper.
Pode ser medida por meio do alongamento (å ) ou da estricção.
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Quanto mais dúctil o aço, maior é a redução de área ou o alongamento antes da ruptura.
Um material não dúctil, como por exemplo o ferro fundido, não se deforma plasticamenteantes da ruptura.
Diz-se, então, que o material possui comportamento frágil.
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O aço para armadura passiva tem massa específica de 7850 kg/m 3 ,
coeficiente de dilatação térmica á = 10 -5 /°C para -20 °C < T < 150 °C
e módulo de elasticidade de 210 GPa.
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ADERÊNCIAA própria existência do material concreto armado decorre da solidariedade existente entre o concreto simples e as barras de aço.
Qualitativamente, a aderência pode ser dividida em: aderência por adesão, aderência por atrito e aderência mecanica
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A adesão resulta das ligações físico-químicas que se estabelecem na interface dos dois materiais, durante as reações de pega do cimento.
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O atrito é notado ao se processar o arrancamentoda barra de aço do bloco 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
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A aderência mecânica é decorrente da existência de nervuras ou entalhesna superfície da barra.
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Este efeito também é encontrado nas barras lisas, em razão da existência de irregularidades próprias originadas no processo de laminação das barras
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As nervuras e os entalhes têm como função aumentar a aderência da barra ao concreto, proporcionando a atuação conjunta do aço e do concreto.
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A influência desse comportamento solidário entre o concreto simples e as barras de aço é medida quantitativamente através do coeficiente de conformação superficial das barras ( η ).
A NBR 7480 (1996) estabelece os valores mínimos para η, apresentados na Tabela 3.2.
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As barras da categoria CA–50 são obrigatoriamente providas de nervurastransversais ou oblíquas.
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Os fios de diâmetro nominal inferior a 10mm (CA–60) podem ser lisos (η= 1,0), mas os fios de diâmetro nominal igual a 10mm ou superior devem ter obrigatoriamente entalhes ou nervuras, de forma a atender o coeficiente de conformação superficial η
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DIAGRAMA DE CÁLCULO
O diagrama de cálculo, tanto para aço tratado a quente quanto tratado a frio,é o indicado na Figura 3.3.
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Figura 3.3 - Diagrama tensão-deformação para cálculo
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fyk: resistência característica do aço à tração
fyd: resistência de cálculo do aço à tração, igual a fyk / 1,15
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fyck: resistência característica do aço à compressão; se não houver determinação experimental: fyck = fyk
fycd: resistência de cálculo do aço à compressão, igual a fyck /1,15
å εd: deformação específica de escoamento (valor de cálculo)
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O diagrama indicado na Figura 3.3 representa um material elastoplástico perfeito.
Os alongamentos (ε s) são limitados a 10%o e os encurtamentos a 3,5%o, no caso de flexão simples ou composta, e a 2%o, no caso de compressão simples.