ESTRUTURAS DE CONCRETO CAPTULO 3 AOS PARA ...

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  • ESTRUTURAS DE CONCRETO CAPTULO 3

    Libnio M. Pinheiro, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos.

    31 de maro, 2003.

    AOS PARA ARMADURAS

    3.1 DEFINIO E IMPORTNCIA

    Ao uma liga metlica composta principalmente de ferro e de pequenas

    quantidades de carbono (em torno de 0,002% at 2%).

    Os aos estruturais para construo civil possuem teores de carbono da

    ordem de 0,18% a 0,25%. Entre outras propriedades, o ao apresenta resistncia e

    ductilidade, muito importantes para a Engenharia Civil.

    Como o concreto simples apresenta pequena resistncia trao e frgil,

    altamente conveniente a associao do ao ao concreto, obtendo-se o concreto

    armado.

    Este material, adequadamente dimensionado e detalhado, resiste muito bem

    maioria dos tipos de solicitao. Mesmo em peas comprimidas, alm de fornecer

    ductilidade, o ao aumenta a resistncia compresso.

    3.2 OBTENO DO PRODUTO SIDERRGICO

    Para a obteno do ao so necessrias basicamente duas matrias-primas:

    minrio de ferro e coque. O processo de obteno denomina-se siderurgia, que

    comea com a chegada do minrio de ferro e vai at o produto final a ser utilizado

    no mercado.

    O minrio de ferro de maior emprego na siderurgia a hematita (Fe2O3),

    sendo o Brasil um dos grandes produtores mundiais.

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    3.2

    Coque o resduo slido da destilao do carvo mineral. combustvel e

    possui carbono. Em temperaturas elevadas, as reaes qumicas que ocorrem entre

    o coque e o minrio de ferro, separam o ferro do oxignio. Este reage com o

    carbono do coque, formando dixido de carbono (CO2), principalmente.

    Tambm utilizado um fundente, como o calcrio, que abaixa o ponto de

    fuso da mistura.

    Minrio de ferro, coque e fundente so colocados pelo topo dos altos-fornos,

    e na base injetado ar quente. Um alto forno chega a ter altura de 50m a 100m. A

    temperatura varia de 1000C no topo a 1500C na base.

    A combinao do carbono do coque com o oxignio do minrio libera calor.

    Simultaneamente, a combusto do carvo com o oxignio do ar fornece calor para

    fundir o metal. O ponto de fuso diminudo pelo fundente.

    Na base do alto forno obtm-se ferro gusa, que quebradio e tem baixa

    resistncia, por apresentar altos teores de carbono e de outros materiais, entre os

    quais silcio, mangans, fsforo e enxofre.

    A transformao de gusa em ao ocorre nas aciarias, com a diminuio do

    teor de carbono. So introduzidas quantidades controladas de oxignio, que reagem

    com o carbono formando CO2.

    3.3 TRATAMENTO MECNICO DOS AOS

    O ao obtido nas aciarias apresenta granulao grosseira, quebradio e de

    baixa resistncia. Para aplicaes estruturais, ele precisa sofrer modificaes, o que

    feito basicamente por dois tipos de tratamento: a quente e a frio.

    a) Tratamento a quente

    Este tratamento consiste na laminao, forjamento ou estiramento do ao,

    realizado em temperaturas acima de 720C (zona crtica).

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    3.3

    Nessas temperaturas h uma modificao da estrutura interna do ao,

    ocorrendo homogeneizao e recristalizao com reduo do tamanho dos gros,

    melhorando as caractersticas mecnicas do material.

    O ao obtido nessa situao apresenta melhor trabalhabilidade, aceita solda

    comum, possui diagrama tenso-deformao com patamar de escoamento, e resiste

    a incndios moderados, perdendo resistncia, apenas, com temperaturas acima de

    1150 C (Figura 3.1).

    Esto includos neste grupo os aos CA-25 e CA-50.

    Figura 3.1 - Diagrama tenso-deformao de aos tratados a quente

    Na Figura 3.1 tem-se:

    P: fora aplicada;

    A: rea da seo em cada instante;

    A0: rea inicial da seo;

    a: ponto da curva correspondente resistncia convencional;

    b: ponto da curva correspondente resistncia aparente;

    c: ponto da curva correspondente resistncia real.

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    3.4

    b) Tratamento a frio ou encruamento

    Neste tratamento ocorre uma deformao dos gros por meio de trao,

    compresso ou toro, e resulta no aumento da resistncia mecnica e da dureza, e

    diminuio da resistncia corroso e da ductilidade, ou seja, decrscimo do

    alongamento e da estrico.

    O processo realizado abaixo da zona de temperatura crtica (720 C). Os

    gros permanecem deformados e diz-se que o ao est encruado.

    Nesta situao, os diagramas de tenso-deformao dos aos apresentam

    patamar de escoamento convencional, torna-se mais difcil a solda e, temperatura

    da ordem de 600C, o encruamento perdido (Figura 3.2).

    Est includo neste grupo o ao CA-60.

    Figura 3.2 - Diagrama tenso-deformao de aos tratados a frio

    Na Figura 3.2, tem-se:

    P: fora aplicada;

    A: rea da seo em cada instante;

    A0: rea inicial da seo;

    a: ponto da curva correspondente resistncia convencional;

    b: ponto da curva correspondente resistncia aparente;

    c: ponto da curva correspondente resistncia real.

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    3.5

    3.4 BARRAS E FIOS

    A NBR 7480 (1996) fixa as condies exigveis na encomenda, fabricao e

    fornecimento de barras e fios de ao destinados a armaduras para concreto armado.

    Essa Norma classifica barras os produtos de dimetro nominal 5 ou superior,

    obtidos exclusivamente por laminao a quente, e como fios aqueles de dimetro

    nominal 10 ou inferior, obtidos por trefilao ou processo equivalente, como por

    exemplo estiramento. Esta classificao pode ser visualizada na Tabela 3.1.

    Tabela 3.1 Dimetros nominais conforme a NBR 7480 (1996)

    O comprimento normal de fabricao de barras e fios de 11m, com

    tolerncia de 9%, mas nunca inferior a 6m. Porm, comercialmente so encontradas

    barras de 12m, levando-se em considerao possveis perdas que ocorrem no

    processo de corte.

    3.5 CARACTERSTICAS MECNICAS

    As caractersticas mecnicas mais importantes para a definio de um ao

    so o limite elstico, a resistncia e o alongamento na ruptura. Essas caractersticas

    so determinadas atravs de ensaios de trao.

    O limite elstico a mxima tenso que o material pode suportar sem que

    se produzam deformaes plsticas ou remanescentes, alm de certos limites.

    5 6,3 8 10 12,5 16 20 22 25 32 40

    2,4 3,4 3,8 4,2 4,6 5,0 5,5 6,0 6,4 7,0 8,0 9,5 10

    BARRAS >= 5 Laminao a QuenteCA - 25 CA - 50

    FIOS

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    3.6

    Resistncia a mxima fora de trao que a barra suporta, dividida pela

    rea de seo transversal inicial do corpo-de-prova.

    Alongamento na ruptura o aumento do comprimento do corpo-de-prova

    correspondente ruptura, expresso em porcentagem.

    Os aos para concreto armado devem obedecer aos requisitos:

    Ductilidade e homogeneidade;

    Valor elevado da relao entre limite de resistncia e limite de

    escoamento;

    Soldabilidade;

    Resistncia razovel a corroso.

    A ductilidade a capacidade do material de se deformar plasticamente sem

    romper. Pode ser medida por meio do alongamento () ou da estrico. Quanto mais

    dctil o ao, maior a reduo de rea ou o alongamento antes da ruptura. Um

    material no dctil, como por exemplo o ferro fundido, no se deforma plasticamente

    antes da ruptura. Diz-se, ento, que o material possui comportamento frgil.

    O ao para armadura passiva tem massa especfica de 7850 kg/m3,

    coeficiente de dilatao trmica = 10-5 /C para -20C < T < 150C e mdulo de

    elasticidade de 210 GPa.

    3.6 ADERNCIA

    A prpria existncia do material concreto armado decorre da solidariedade

    existente entre o concreto simples e as barras de ao. Qualitativamente, a aderncia

    pode ser dividida em: aderncia por adeso, aderncia por atrito e aderncia

    mecnica.

    A adeso resulta das ligaes fsico-qumicas que se estabelecem na

    interface dos dois materiais, durante as reaes de pega do cimento.

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    3.7

    O atrito notado ao se processar o arrancamento da barra de ao do bloco

    de concreto que a envolve. As foras de atrito dependem do coeficiente de atrito

    entre ao e o concreto, o qual funo da rugosidade superficial da barra, e

    decorrem da existncia de uma presso transversal, exercida pelo concreto sobre a

    barra.

    A aderncia mecnica decorrente da existncia de nervuras ou entalhes

    na superfcie da barra. Este efeito tambm encontrado nas barras lisas, em razo

    da existncia de irregularidades prprias originadas no processo de laminao das

    barras.

    As nervuras e os entalhes tm como funo aumentar a aderncia da barra

    ao concreto, proporcionando a atuao conjunta do ao e do concreto.

    A influncia desse comportamento solidrio entre o concreto simples e as

    barras de ao medida quantitativamente atravs do coeficiente de conformao

    superficial das barras (). A NBR 7480 (1996) estabelece os valores mnimos para

    1, apresentados na Tabela 3.2.

    Tabela 3.2 Valores mnimos de para 10mm

    As barras da categoria CA50 so obrigatoriamente providas de nervuras

    transversais ou oblquas.

    Os fios de dimetro nominal inferior a 10mm (CA60) podem ser lisos

    ( = 1,0), mas os fios de dimetro nominal igual a 10mm ou superior devem ter

    obrigatoriamente entalhes ou nervuras, de forma a atender o coeficiente de

    conformao superficial .

    CA-25 CA-50 CA-60

    1,51,0 1,5

    CategoriaCoeficiente de conformao

    superficial mnimo para >= 10mm

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    3.8

    3.7 DIAGRAMA DE CLCULO

    O diagrama de clculo, tanto para ao tratado a quente quanto tratado a frio,

    o indicado na Figura 3.3.

    Figura 3.3 - Diagrama tenso-deformao para clculo

    fyk: resistncia caracterstica do ao trao

    fyd: resistncia de clculo do ao trao, igual a fyk / 1,15

    fyck: resistncia caracterstica do ao compresso; se no houver determinao

    experimental: fyck = fyk

    fycd: resistncia de clculo do ao compresso, igual a fyck /1,15

    yd: deformao especfica de escoamento (valor de clculo)

    O diagrama indicado na Figura 3.3 representa um material elastoplstico

    perfeito. Os alongamentos (s) so limitados a 10%o e os encurtamentos a 3,5%o, no

    caso de flexo simples ou composta, e a 2%o, no caso de compresso simples.

    Esses encurtamentos so fixados em funo dos valores mximos adotados para o

    material concreto.

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