DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE AÇO

1 Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE A O Apostila para a disciplina PEF 2402 ESTRUTURAS MET LICAS E DE MADEIRA Valdir Pignatta e Silva Colabora o: Julio Fruchtengarten Eduardo de Morais Barreto Campello S o Paulo, junho de 2012 Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 2 PRIMEIRA PARTE ASPECTOS TECNOL GICOS Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 3 1 PROCESSO SIDER RGICO O a o pode ser definido, de maneira sucinta, como uma liga met lica composta de ferro com pequenas quantidades de carbono, o que lhe confere propriedades espec ficas, sobretudo de resist ncia e ductilidade, adequadas ao uso na constru o civil.

2 As principais mat rias-primas envolvidas na fabrica o do a o s o o min rio de ferro (principalmente a hematita) e o carv o mineral, que n o s o encontrados puros; s o acompanhados de elementos indesej veis ao processo. O preparo pr vio das mat rias-primas tem por objetivo aumentar a efici ncia do altos-fornos e aciaria, bem como reduzir o consumo de energia. A obten o do a o na forma de chapas, perfis ou bobinas (chapas finas enroladas em torno de um eixo), a partir do min rio de ferro e carv o, decorre de uma s rie de opera es de transforma o metal rgica e conforma o mec nica realizadas nas sider rgicas (figura ). Em linhas gerais, a fabrica o do a o compreende o aproveitamento do ferro, pela elimina o progressiva das impurezas contidas no min rio de ferro.

3 Na forma l quida, isento de grande parte das impurezas do min rio, o a o recebe adi es que lhe conferem as caracter sticas desejadas, sendo ent o solidificado e trabalhado para a forma requerida. CARV OMIN RIO DE FERROFUND ENTESSINTERIZA O COQUERIALING OTAMENTOCONVENC IO NALFORNO-PO OCONVERTEDOR LDDESSULFURA OL AMINADOR LAMINADOR PRIM RIO SE CUND RIOLAMINADOR BLOC OS / TARUGOSCARRO TORPEDO PRODUTOSCARBOQU MICOSBENZENOTOLUENOXILENOPICHENA FT A L ENOAM NIA ANIDRAOUTROSALTO FORNOTARUGOSBLOCOSPLACASRES DUOSCOQUEGUSASINTERA OLING OTESLING OTESLING OTAMENTO CONT NUOEST A OARG NIORHFORNO PA NELAEST RIPAM ENT OA OFigura Fluxo de processo sider rgico Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 4 Pode-se resumir o processo de fabrica o do a o em quatro grandes etapas: 1 - Preparo das mat rias-primas.

4 Na Coqueria o min rio de carv o transformado em coque sider rgico e na Sinteriza o os finos de min rio de ferro s o aglutinados a fim de conferir-lhes granulometria adequada ao processo sider rgico (figura ). Figura Ilustra es representativas dos precessos de sinteriza o (esquerda) e coqueifica o (direita) 2 - Produ o de gusa: coque, s nter e escorificantes s o colocados na extremidade superior do Alto-forno; uma inje o de ar causa uma rea o exot rmica que funde os materiais tendo como produto final principal o gusa liquido (material met lico ainda rico em carbono) e como produto secund rio esc ria de alto-forno, que pode ser aproveitada na fabrica o de cimento (figura e ). Figura Ilustra es representativas dos precesso de produ o do ferro-gusa em um alto-fornoFigura - Vista interior de um alto-fornoDepartamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 5 3 - Produ o de a o: na Aciaria, a retirada de carbono do gusa, por meio de inje o de oxig nio puro, o transforma em a o l quido (figura e ) que, em seguida escorrega atrav s da m quina do Lingotamento Continuo (figura ) onde resfriado e transformado em placas ou tarugos.

5 Figura Panela de gusa sendo conduzida, no interior da aciaria, para o conversor onde ser transformada em a o Figura - Ilustra o representativa de um conversor Figura - Esquema de uma m quina de lingotamento cont nuo Figura Esquema simplificado de lamina o de placas Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 6 4 - Conforma o mec nica: as placas ou tarugos, por meio de compress o entre cilindros met licos na Lamina o, s o transformados em chapas (figura ) ou perfis laminados (figura ), respectivamente Figura - Ilustra o representativa de uma linha de produ o de perfis laminados As chapas fabricadas pelas sider rgicas s o adquiridas por fabricantes de ESTRUTURAS de a o que, por meio de corte e soldagem ou dobramento, as transformam em perfis soldados ou formados a frio.

6 Os perfis laminados j saem com sua se o transversal definida da sider rgica, mas ainda necessitam sofre cortes e fura es nas f bricas de ESTRUTURAS de a o. Algumas fotos de etapas envolvidas na fabrica o do a o s o mostradas na figura Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 7 Figura - Algumas etapas envolvidas na fabrica o do a o Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 8 2 TIPOS DE A OS ESTRUTURAIS O tipo de a o com a composi o qu mica adequada fica definido na aciaria. Os a os podem ser classificados em: a os-carbono, a os de baixa liga sem tratamento t rmico e a os de baixa liga com tratamento t rmico.

7 Os tipos de a o estruturais s o especificados em normas brasileiras e internacionais ou em normas elaboradas pelas pr prias sider rgicas. A OS-CARBONO Os a os-carbono s o aqueles que n o cont m elementos de liga, podendo ainda, ser divididos em baixo, m dio e alto carbono, sendo os de baixo carbono (C 0,30%), os mais adequados constru o civil. Destacam-se: - ASTM-A36 - o a o mais utilizado na fabrica o de perfis soldados (chapas com t 4,57 mm), especificado pela American Society for Testing and Materials; - NBR 6648/CG-26 - a o, especificado pela ABNT, utilizado na fabrica o de perfis soldados e que mais se assemelha ao anterior; - ASTM A572/Gr50 - a o utilizado na fabrica o de perfis laminados - NBR 7007/MR-250 - a o para fabrica o de perfis laminados, que mais se assemelha ao ASTM A-36; - ASTM-A570 - o a o mais utilizado na fabrica o de perfis formados a frio (chapas com t 5,84 mm).

8 - NBR 6650/CF-26 - a o, especificado pela ABNT, utilizado na fabrica o de perfis estruturais formados a frio que mais se assemelha ao anterior. Na tabela s o fornecidos os valores da resist ncia ao escoamento (fy) e da resist ncia ruptura (fu) dos a os citados. Tabela - Resist ncia de alguns tipos de a o-carbono Tabela Resist ncia de alguns tipos de a os de baixa-liga Tipo de A o fy (MPa) fu (MPa) ASTM-A36 250 400 ASTM-A570 Gr 36 250 365 ASTM-A572 Gr 50 345 450 NBR 6648/CG-26 255* 410* 245** 410** NBR 6650/CF-26 260 410 NBR 7007/MR-250 250 400 * V lido para espessuras t 16mm ** V lido para espessuras 16mm < t 40mmTipo de A o fy (MPa) fu (MPa)

9 COS-AR-COR 350 350 500 COS-AR-COR 300 300 400 USI-SAC-350 350 500 USI-SAC-300 300 400 CSN-COR-500 380 500 CSN-COR-420 300 420 A OS DE BAIXA LIGA SEM TRATAMENTO T RMICO Os a os de baixa liga sem tratamento t rmico s o aqueles que recebem elementos de liga, com teor inferior a 2%, suficientes para adquirirem ou maior resist ncia mec nica (fy 300 MPa) ou maior resist ncia corros o, ou ambos. S o adequados utiliza o na constru o civil, fazendo-se necess ria uma an lise econ mica comparativa com os a os-Departamento de Engenharia de ESTRUTURAS e Geot cnica da Escola Polit cnica da USP DIMENSIONAMENTO de ESTRUTURAS de a o PEF 2402 9 carbono, pois estes t m menor resist ncia, mas menor custo por unidade de peso.

10 A seguir ser o destacados os principais deles. COS-AR-COR - a os de alta resist ncia corros o atmosf rica, especificado pela COSIPA; USI-SAC - a os de alta resist ncia corros o atmosf rica, especificado pela USIMINAS; CSN-COR - a os de alta resist ncia mec nica e de alta resist ncia corros o atmosf rica, especificados pela CSN. Na tabela s o fornecidos os valores da resist ncia ao escoamento (fy) e da resist ncia ruptura (fu) dos a os citados. A OS DE ALTA RESIST NCIA E BAIXA LIGA COM TRATAMENTO T RMICO Os a os de alta resist ncia e baixa liga com tratamento t rmico s o aqueles, que al m de possu rem em sua constitui o os elementos de liga com teor inferior a 2%, recebem um tratamento t rmico especial, posterior lamina o, necess rio a adquirirem alta resist ncia mec nica (fy 300 Mpa).