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Arquitetura em Aço: Tecnologia na Construção
O que é aço carbono? • Aço: liga metálica •Fe-C •C < 2,04% • Ferro •2,04% ≤ C ≤ 6,70% • Aço para construção •0,08% ≤ C ≤ 0,50%
• Outros componentes do aço: •cromo (Cr) •manganês (Mn) •níquel (Ni) •impurezas •enxofre (S) •silício (Si) •fósforo (P)
•Liga obtida industrialmente e bastante confiável; é homogêneo e isotrópo •Tem interessante característica de ter a mesma resistência à tração e à compressão •O esforço de tração é que melhor se adapta as características do aço; quando submetidos aos esforços de compressão, apesar de permitir áreas pequenas, os elementos de aço podem flambar e precisam ser dimensionados para tensões inferiores às de flambagem. Pode-se criar travamentos que diminuem o comprimento de flambagem. (o comprimento livre). O problema da flambagem em razão da esbeltez das peças estruturais, diminui a vantagem do uso do aço nas peças submetidas à compressão simples. •Na flexão o aço comporta-se bem, as seções mais adequadas para resistir à flexão são aquelas com massa concentrada afastadas do centro de gravidade. A seção I é uma boa escolha.
Elasticidade: é a capacidade de voltar à forma original em ciclo de carga e descarga. É reversível, dsaparece quando a tensão é removida. É consequência da movimentação dos átomos constituintes da estrutura cristalina do material, desde que a posição relativa desses átomos seja mantida. Há variação de volume do corpo-de-prova (CP). Relaçao entre tensão e deformaçao é o módulo de elasticidade (E), cujo valor é proporcional às forças de atração entre os átomos. Plasticidade: é a deformaçao permanente provocada por tensão igual ou superior à resistência de escoamento ou à resistência associada ao limite de proporcionalidade. É resultante do deslocamento permanente dos átomos que constituem o material, não há variação de volume. A deformação plástica altera a microestrutura do material, tornando mais difícil o escorregamento posterior das camadas e aumentado a dureza do metal. Esse aumento de dureza por deformação plástica é denominado deformação a frio ou encruamento e é acompanhado de elevação do valor da resistência e redução da ductilidade do metal.
Ductilidade: capacidade dos materiais de se deformar sem se romper. Pode ser medido por meio do alongamento ou da estricção , ou seja, da redução de área da seção transversal do corpo-de-prova (CP). Permite a redistribuiçao de tensões locais elevadas; a estrutura deforma-se muito antes de romper, na prática constitui um aviso das elevadas tensões atuantes na estrutura.
Gráfico tensãoxdeformação do aço
fu fy
Construção com aço Pode-se dividir a utilização da construção estruturada em aço de duas formas: a) Utilizada como componente de sistemas construtivos autoportantes (por exemplo: steel framing): deve seguir os requisitos e critérios estabelecidas para todo o sistema em questão b) Utilizada como elemento estrutural na função de pilar, viga, laje ou estrutura de cobertura: a tecnologia disponível já é de domínio do setor de construção civil e deve ser entendida dentro do conceito de construção convencional, inclusive com possibilidade de expansão e substituição de componentes
Construção com steel framing
Construção com elementos estruturais: vigas pilares e lajes
Tipos de aço-carbono para estruturas: ASTM A36: perfis soldados ou laminados, o mais utilizado (chapas com e≥4,57mm) (fy=250 e fu=400MPa); NBR 6648/CG-26: para fabricação de perfis soldados e que mais se assemelha ao anterior (fy=255 e fu=410MPa para e≤16mm; e fy=245 e fu=410MPa para 16 ≤ e ≤ 40mm) NBR 7007/MR-250: para fabricação de perfis soldados e que mais se assemelha ao anterior; (fy=250 e fu=400MPa) ASTM A570: o aço utilizado na fabricaçao de perfis formados a frio (chapas com e≤ 5,84mm) (fy=250 e fu=365MPa) NBR 6650/CF-26: para fabricação de perfis estruturais formados a frio que mais se assemelha ao anterior (fy=260 e fu=410MPa)
Aços de baixa liga sem tratamento térmico:
Recebem menos do que 2% de elementos de liga (Cr, Mn, Ni) para maior resistência mecânica ou maior resistência à corrosão, ou ambos; são mais caros. Também conhecidos por aços patináveis ou aclimáveis (fy≥ 300MPa)
fy (MPa)
fu (MPa)
COS–AR–COR 500
375
490
COS–AR-COR 400
250
380
USI-SAC-350 (antigo SAC50)
373
490
USI-SAC-250 (antigo SAC41)
250
402
CSN-COR-500
380
500
CSN-COR-420
300
420
Geometria dos perfis
I
Z
H
U
tubulares
L
Perfil laminado
Perfis formados a frio ou chapas dobradas
Perfil soldado
d
Perfis soldados – Série simétrica
bf
bf
VS tipo viga com relação 1,5 ≤ d/bf ≤ 4 CS tipo coluna – pilar com relação d/bf = 1 CVS tipo viga-pilar com relação 1 < d/bf ≤ 1,5
bf
Perfis laminados
Perfis soldados
Perfis formados a frio ou chapas dobradas
CHAPAS: planos laminados em aço larg. Superior a 500mm, chapas grossas (esp.>5mm) e chapas finas (esp.<=5mm) Chapas grossas: Usadas para perfis soldados mas também para perfis formados a frio. Espessuras variando entre 5mm e 150mm, largura padrão entre 1m a 3,8m e comprimento padrão entre 6 a 12m. As dimensões mais econômicas são: 2,44 de largura, 12m de comprimento e espessuras padronizadas conforme segue: 6,30 mm – 8 – 9,5 – 12,5 – 16 – 19 – 22,4 – 25 – 31,5 – 37,5 – 50 – 63 – 75 – 100
Chapas finas: Espessuras variando entre 0,6mm e 5mm. As chapas com espessura maior (1,8 e 5,0mm) são laminadas a quente e denominadas chapas finas a quente, enquanto aquelas com as menores espessuras (0,6mm a 3mm) são relaminadas a frio e denominadas chapas finas a frio. As chapas finas tem largura padrão entre 1m e 1,5m e comprimento padrão entre 2m e 3m (chapas a frio) e de 2m a 6m (chapas a quente). As dimensões preferenciais fornecidas pelas siderúrgicas, na forma plana, são: chapas finas a quente (para produzir perfis formados a frio) 1,2m por 3,0m e chapas finas a frio (para telhas, calhas, esquadrias, dutos) 1,2m por 2,0m. As chapas finas podem também ser fornecidas em bobinas com menor custo. As espessuras preferenciais são: 0,60mm - 0,75 - 0,85 – 0,9 – 1,06 – 1,2 – 1,5 – 1,7 – 1,9 – 2,25 – 2,65 – 3 – 3,35 – 3,75 – 4,25 – 4,5 – 4,75 – 5mm
Dimensões características dos perfis
Ligações Parafusadas
Ligações Soldadas
Ligações Rebitadas
Proteção contra incêndio Revestir a estrutura com os materiais de proteção térmica que devem apresentar: • baixa massa específica aparente; • baixa condutividade térmica; • alto calor específico; • adequada resistência mecânica (quando expostos a impactos); • Adequada aderência ao substrato; • garantia de integridade durante a evolução do incêndio; • custo compatível com a disponibilidade de gastos
Proteção contra incêndio 1. Argamassa projetada: A argamassa geralmente é constituída de gesso ou vermiculita, cimento, resinas acrílicas e cargas inertes, tais como poliestireno expandido e celulose; 2. Fibra projetada: É constituída por agregados, fibras minerais e aglomerantes que é transportada sob baixa pressão por meio de uma mangueira até o esguicho, onde é misturada com água atomizada e jateada diretamente na superfície do aço. Resulta numa superfície rugosa, mais apropriada para elementos acima de forros; 3. Placas: são elementos pré-fabricados fixados na estrutura por meio de pinos ou perfis leves de aço, proporcionando diversas possibilidades de acabamento. Geralmente são compostas com materiais fibrosos ou vermiculita ou gesso ou combinação desses materiais;
Proteção contra incêndio 4.Pintura intumascente: Constituída por polímeros com pigmentos intumescentes, que reagem na presença de fogo, em geral a 200°C, aumentando seu volume. Os poros resultantes são preenchidos por gases atóxicos que, junto com resinas especiais que constituem as tintas, formam uma espuma rígida na superfície do aço, retardando o efeito do calor da chama. É aplicada por meios convencionais, pistola ou rolo, roporcionando textura e aparência e cores similares às pinturas convencionais.
Proteção contra incêndio Propriedades físicas da argamassa projetada
Proteção contra incêndio Propriedades físicas da argamassa com vermiculita
Condutividade
Detalhes de projeto
Sesi/Senac - Salvador Arq. João Filgueiras Lima
Sesi/Senac - Salvador Arq. João Filgueiras Lima
Neue Nationalgalerie - Berlim Arq. Mies van der Rohe
Cidade das Artes e das Ciências – Valência Arq. Santiago Calatrava
Cidade das Artes e das Ciências – Valência Arq. Santiago Calatrava
Cidade das Artes e das Ciências – Valência Arq. Santiago Calatrava
Passarela de pedestres - Salvador Arq. João Filgueiras Lima
Passarela de pedestres - Salvador Arq. João Filgueiras Lima
Polo Feira de Milão – Arq. Massimiliano Fuksas
Polo Feira de Milão Arq. Massimiliano Fuksas
Interface da alvenaria com a estrutura de aço
Bibliografia Manuais da construção em aço. Disponível em http://www.cbca-ibs.org.br/nsite/site/acervo_item_listar_ manuais_ construcao.asp DIAS, Luis Andrade de M. Estruturas de Aço – Conceitos, técnicas e linguagem. São Paulo: Zigurate. 2000. LIMA, J. F. CTRS - Centro de Tecnologia da Rede Sarah São Paulo: ProEditores Associados Ltda. 1999. 68p. REBELLO, Y. Estruturas de aço, concreto e madeira: atendimento da expectativa dimensional. São Paulo: Zigurate. 2005. 375p.
