aço para concreto armado

Aços para concreto armado

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 fornecerductilidade, o aço aumenta a resistência à compressão.

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.

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.

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.

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.

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).

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 de1150 °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;Ao: 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.

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.

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.

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.

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;Ao: 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

•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.

A ductilidade é a capacidade do material de se deformar plasticamente semromper.

Pode ser medida por meio do alongamento (å ) ou da estricção.

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.

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.

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

A adesão resulta das ligações físico-químicas que se estabelecem na interface dos dois materiais, durante as reações de pega do cimento.

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

A aderência mecânica é decorrente da existência de nervuras ou entalhesna 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 a atuação conjunta do aço e do concreto.

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.

As barras da categoria CA–50 são obrigatoriamente providas de nervurastransversais ou oblíquas.

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

DIAGRAMA DE CÁLCULO

O diagrama de cálculo, tanto para aço tratado a quente quanto tratado a frio,é o indicado na Figura 3.3.

Figura 3.3 - Diagrama tensão-deformação para cálculo

fyk: resistência característica do aço à tração

fyd: resistência de cálculo do aço à tração, igual a fyk / 1,15

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)

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.