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ESTRUTURAS DE CONCRETO – CAPÍTULO 3
Libânio M. Pinheiro, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos. 31 de março, 2003.
AÇOS PARA ARMADURAS
3.1 DEFINIÇÃO E IMPORTÂNCIA
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 fornecer ductilidade, o aço aumenta a resistência à compressão.
3.2 OBTENÇÃO DO PRODUTO SIDERÚRGICO
Para 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 utilizado no mercado.
O minério de ferro de maior emprego na siderurgia é a hematita (Fe 2 O 3 ), sendo o Brasil um dos grandes produtores mundiais.
Coque é o resíduo sólido da destilação do carvão mineral. É combustível e possui carbono. Em temperaturas elevadas, as reações químicas que ocorrem entre o coque e o minério de ferro, separam o ferro do oxigênio. Este reage com o carbono do coque, formando dióxido de carbono (CO 2 ), principalmente.
Também é utilizado um fundente, como o calcário, que abaixa o ponto de fusão da mistura.
Minério de ferro, coque e fundente são colocados pelo topo dos altos-fornos, e na base é injetado ar quente. Um alto forno chega a ter altura de 50m a 100m. A temperatura varia de 1000°C no topo a 1500°C na base.
A combinação do carbono do coque com o oxigênio do minério libera calor. Simultaneamente, a combustão do carvão com o oxigênio do ar fornece calor para fundir o metal. O ponto de fusão é diminuído pelo fundente.
Na base do alto forno obtém-se ferro gusa, que é quebradiço e tem baixa resistência, por apresentar altos teores de carbono e de outros materiais, entre os quais silício, manganês, fósforo e enxofre.
A transformação de gusa em aço ocorre nas aciarias, com a diminuição do teor de carbono. São introduzidas quantidades controladas de oxigênio, que reagem com o carbono formando CO 2.
3.3 TRATAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS
O aço obtido nas aciarias apresenta granulação grosseira, é quebradiço e de baixa resistência. Para aplicações estruturais, ele precisa sofrer modificações, o que é feito basicamente por dois tipos de tratamento: a quente e a frio.
a) Tratamento a quente
Este tratamento consiste na laminação, forjamento ou estiramento do aço, realizado em temperaturas acima de 720°C (zona crítica).
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, e diminuição da resistência à corrosão e da ductilidade, ou seja, decréscimo do alongamento e da estricção.
O processo é realizado abaixo da zona de temperatura crítica (720 °C). Os grãos permanecem deformados e diz-se que o aço está encruado.
Nesta situação, os diagramas de tensão-deformação dos aços apresentam patamar de escoamento convencional, torna-se mais difícil a solda e, à temperatura da 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; A 0 : 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.
3.4 BARRAS E FIOS
A NBR 7480 (1996) fixa as condições exigíveis na encomenda, fabricação e fornecimento de barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado.
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..
Tabela 3.1 – Diâmetros nominais conforme a NBR 7480 (1996)
O comprimento normal de fabricação de barras e fios é de 11m, com tolerância de 9%, mas nunca inferior a 6m. Porém, comercialmente são encontradas barras de 12m, levando-se em consideração possíveis perdas que ocorrem no processo de corte.
3.5 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS
As características mecânicas mais importantes para a definição de um aço são o limite elástico, a resistência e o alongamento na ruptura. 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.
BARRAS Ø >= 5 Laminação a Quente CA - 25 CA - 50
FIOS Ø <= 10 Laminação a Frio CA - 60
O atrito é notado ao se processar o arrancamento da 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 entalhes na 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 1 , apresentados na Tabela 3..
Tabela 3.2 – Valores mínimos de η para φ ≥ 10mm
As barras da categoria CA–50 são obrigatoriamente providas de nervuras transversais 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.
CA-25 CA-50 CA-
Categoria Coeficiente de conformação superficial mínimo para Ø >= 10mm
3.7 DIAGRAMA DE CÁLCULO
O diagrama de cálculo, tanto para aço tratado a quente quanto tratado a frio, é o indicado na Figura 3..
Figura 3.3 - Diagrama tensão-deformação para cálculo
f (^) yk : resistência característica do aço à tração f (^) yd : resistência de cálculo do aço à tração, igual a fyk / 1, f (^) yck : resistência característica do aço à compressão; se não houver determinação experimental: fyck = f (^) yk f (^) ycd : resistência de cálculo do aço à compressão, igual a fyck /1, εyd : deformação específica de escoamento (valor de cálculo)
O diagrama indicado na Figura 3.3 representa um material elastoplástico perfeito. Os alongamentos (εs ) 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. Esses encurtamentos são fixados em função dos valores máximos adotados para o material concreto.
