AULA 7 - METAIS
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METAIS E PRODUTOS SIDERÚRGICOS MCC1001 – AULA 9 Disciplina: Materiais de Construção I Professora: Dr.a Carmeane Effting 1o semestre 2014 Centro de Ciências Tecnológicas ♦ Departamento de Engenharia Civil TIPOS DE MATERIAIS Classificação Básica: • Metais: ligas Fe-C (aço, fºfº), latão (liga Cu, Zn); • Cerâmicas: Vidros, argilas, cimento; • Polímeros: Plásticos, polietileno (-C2H4-)n, neoprene; • Compósitos: Fibra de vidro, concreto, madeira. Prof.a Dr.a Carmeane Effting TIPOS DE MATERIAIS Materiais Avançados: • Semicondutores: Si (silício), GaAs (Arsenieto de gálio); • Biomateriais: implantes dentários, ósseos; • Nanomateriais: (1 nm = 10-9 m) nanotubos de carbono, nanopartículas de Au, Ag, nanoargilas; • “Materiais Inteligentes”: respondem às variações do ambiente (ex: sistema antirruído de helicópteros, materiais “com memória”). Prof.a Dr.a Carmeane Effting METAIS • Elementos químicos que existem como cristais ou agregado de cristais; • Propriedades básicas: Fortes e podem ser moldados Dúcteis (deformam antes de quebrar) Superfície “metálica” Bons condutores de corrente elétrica e de calor Prof.a Dr.a Carmeane Effting Prof.a Dr.a Carmeane Effting METAIS Os materiais metálicos são substâncias inorgânicas que contêm um ou mais elementos metálicos e que também podem conter alguns elementos não-metálicos. O ferro, o cobre, o alumínio e o chumbo são exemplos de elementos metálicos, enquanto que o carbono, o nitrogênio e o oxigênio são exemplos de elementos não metálicos. Prof.a Dr.a Carmeane Effting OS METAIS NA TABELA PERIÓDICA Prof.a Dr.a Carmeane Effting CLASSIFICAÇÃO DOS METAIS • Os metais e suas ligas podem ser divididos em 2 grandes classes: – materiais metálicos ferrosos e não- ferrosos • Os ferrosos contêm uma percentagem elevada de ferro em sua composição química, sendo este elemento o seu principal constituinte (aços e ferros fundidos) • Os não-ferrosos não contêm ferro ou contêm o ferro apenas em pequena quantidade (residual), tais como o alumínio, o cobre, o níquel, o chumbo, assim como as suas respectivas ligas. Prof.a Dr.a Carmeane Effting Principais metais utilizados na construção civil: Metal Densidade (g/cm³) Ferro 7,87 Níquel 8,90 Cobre 8,96 Zinco 7,13 Alumínio 2,70 Chumbo 11,34 Prof.a Dr.a Carmeane Effting OBTENÇÃO DOS METAIS Os metais normalmente estão concentrados em jazidas. Dificilmente os metais são encontrados puros como as pepitas de ouro ou prata. Prof.a Dr.a Carmeane Effting OBTENÇÃO DOS METAIS A mistura de metal e impurezas é chamada minério. A partir do minério, a obtenção do metal passa por 2 fases distintas: a mineração e a metalurgia. Prof.a Dr.a Carmeane Effting OBTENÇÃO DOS METAIS Na mineração é feita a colheita do minério, que pode ser a céu aberto ou subterrânea. Após, é feita a separação dos minérios utilizáveis e eliminação das impurezas (areia, argila, organismos, etc) Esta purificação do minério pode ser feita por processos mecânicos ou processos químicos. Prof.a Dr.a Carmeane Effting OBTENÇÃO DOS METAIS • Entre os processos mecânicos estão a classificação, levigação (impurezas flutuam) flotação (impurezas afundam), lavagem, etc.; • Processo químico: calcinação (decomposição térmica de metais não-ferrosos); • A metalurgia tem por finalidade obter o metal puro. Pode-se citar o processo de redução, precipitação química ou eletrólise. Prof.a Dr.a Carmeane Effting PRODUTOS SIDERÚRGICOS Liga metálica: todo produto metalúrgico proveniente da mistura ou combinação de um metal com um ou mais corpos livres (metais ou metalóides- B, Si, Ge, As, Sb, Te e Po). *Liga mais comum é a Liga Fe-C os para const. civil possuem teores de C de 0,18% a 0,25%. Prof.a Dr.a Carmeane Effting aços estruturais PRODUTOS SIDERÚRGICOS Na natureza, o ferro apresenta-se na forma de óxidos ou carbonatos, constituindo os minérios de ferro. Sendo os principais: 1) 2) 3) 4) Magnetita (Fe₃O₄) Siderita (FeCO3) Hematita (Fe2O3) Limonita (Fe(OH)3.nH2O) Prof.a Dr.a Carmeane Effting 1 2 3 4 AÇOS É todo o produto siderúrgico obtido por via líquida com teor de carbono inferior a 2% Classificação: Antigamente chamados apenas de FERROS Denominação Teor de Carbono Extradoces <0,15% Doces 0,15% a 0,3% Meio-doces 0,3% a 0,4% Meio-duros 0,4% a 0,6% Duros 0,6% a 0,7% Extraduros >0,7% Prof.a Dr.a Carmeane Effting Prof.a Dr.a Carmeane Effting FERRO FUNDIDO (fºfº) – Principais aplicações e usos não estruturais: • Tampões de pista de rolamento e de calçada (para visitas em redes de água, esgoto, telefonia e elétrica), grelhas para águas pluviais, grades decorativas, tubos para redes de água e seus acessórios (válvulas, conexões, etc.), ralos, caixas de correio, etc. Prof.a Dr.a Carmeane Effting AÇO INOXIDÁVEL • É um produto siderúrgico que apresenta resistência a corrosão (Fe com teor de C – inferior a 0,15% + 9% de Ni+18%Cr); • Dificuldade de solda e dobramento; • Utilização em ferragens, cubas e vários outros materiais de construção como matéria-prima. Prof.a Dr.a Carmeane Effting AÇO INOXIDÁVEL – Principais aplicações e usos não estruturais: • Elemento decorativo de fachadas (revestimento de superfícies com chapas com acabamento espelhado, lixado, escovado interiores ou colorido), elemento decorativo de (corrimãos divisórias, revestimento interno de mobiliário urbano (bancos, abrigos, lixeiras, etc.), caixas d´água, cubas, revestimento de pias, válvulas, metais sanitários, coifas, ralos, etc. elevadores, etc.), Prof.a Dr.a Carmeane Effting AÇO INOX - APLICAÇÕES Prof.a Dr.a Carmeane Effting AÇO CARBONO COMUM – Principais aplicações e usos não estruturais: • Arames recozidos, telas soldadas (para cercamentos e alambrados), tubos para encanamentos e seus acessórios, painéis de andaimes, telhas, painéis, esquadrias e seus acessórios, calhas, rufos, condutores verticais de águas pluviais. • Podem ser revestidos superficialmente (por exemplo, por zinco, estanho, fósforo e materiais poliméricos orgânicos, como as tintas e vernizes) para uma melhor proteção contra a corrosão. Prof.a Dr.a Carmeane Effting PRINCIPAIS TRATAMENTOS ANTI-CORROSIVOS • Jateamento e pintura com zarcão ou óxido de ferro; • Pintura a pó (eletrostática); • Galvanização a fogo ou eletrolítica: proteção, melhora na condutividade; soldagem, estética (aparência), diminuição de atrito, aumento da dureza superficial; • Proteção catiônica: tratamento anticorrosivo. Prof.a Dr.a Carmeane Effting AÇOS Principais utilizações: a) Fios e barras para concreto armado/EB-3 Barras de 10 a 12 m e fios quando em rolos • CA-60: diâmetros de 3,2; 3,6; 4,0; 5,0 e 6,0 mm; • CA-50: 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 19,0; 25 e 32 mm; Prof.a Dr.a Carmeane Effting Principais ensaios: recebimento, aderência, dobramento e tração. b) Chapas galvanizadas c) Chapas lisas pretas d) Ferro perfilado: vigas U, H, I, T, Catoneiras, barras quadradas e redondas. São fabricados de 1/8” a 8”; e) Trilhos e acessórios: TR-57 (56,9 Kg/m), 50, 45, 37, 32 e 25 – barras de 12 m. f) Cabos para protensão: fornecidos com 12 e 18 fios de 5, 7 e 8 mm; Prof.a Dr.a Carmeane Effting Principais ensaios: recebimento, aderência, dobramento e tração. g) Arames e telas: galvanizadas ou não para diversas utilizações; h) Pregos: são de vários tipos sendo os principais para construção classificados como comuns ou de carpinteiro (cabeça normal), cabeça dupla e sem cabeça. Denominação através de 2 números: 17 (bitola do arame da fieira de Paris) x 27 (bitola de uma medida francesa onde 1 = 2,255 mm); f) Cabos para protensão: fornecidos com 12 e 18 fios de 5, 7 e 8 mm; Prof.a Dr.a Carmeane Effting SOLDAGEM DE ARMADURAS • A soldagem, envolve a aplicação de uma elevada densidade de energia em um pequeno volume do material, o que pode levar a alterações estruturais e de propriedades importantes na região da solda e próxima a ela (ZTA – Zona Termicamente Afetada). • Algumas armaduras são apenas parcialmente soldadas devido a dificuldades operacionais durante a colocação na forma. O desenvolvimento de máquinas e robôs de soldagem exclusivos para a fabricação de armaduras soldadas está em franco desenvolvimento na Europa, com novos lançamentos a cada ano. Prof.a Dr.a Carmeane Effting Soldagem e equipamentos utilizados na fabricação de armaduras soldadas Prof.a Dr.a Carmeane Effting Soldagem e equipamentos utilizados na fabricação de armaduras soldadas Prof.a Dr.a Carmeane Effting Telas soldadas nervuradas Prof.a Dr.a Carmeane Effting Vantagens e desvantagens das armaduras soldadas • Principais vantagens: – maior produtividade da mão-de-obra; – custos menores dos insumos de soldagem em relação ao custo do arame recozido; – não necessidade de soldagem de 100% dos pontos de interseção (em alguns casos, basta soldar cerca de 50% a 70% dos pontos); – maior rigidez das peças e, portanto, maior facilidade de manuseio; Prof.a Dr.a Carmeane Effting Vantagens e desvantagens das armaduras soldadas • Principais vantagens (cont.): – melhor controle dos espaçamentos dos estribos; – racionalização do canteiro de obras, com a disponibilização dos espaços destinados à montagem de armaduras: as entregas das armaduras pelas centrais de Corte e Dobra é feita parceladamente, à medida que a obra avança; – maior rapidez na execução da obra. Prof.a Dr.a Carmeane Effting Vantagens e desvantagens das armaduras soldadas Principais desvantagens: ◦ baixa densidade de carga no transporte, ou seja, não aproveitamento da capacidade total, em peso, do veículo de transporte; ◦ necessidade de planejamento da soldagem: algumas armaduras ou barras de determinadas armaduras ou mesmo alguns pontos de cruzamento ou de interseção de barras, em razão de dificuldades operacionais durante a montagem final na forma, não devem ser soldados; Prof.a Dr.a Carmeane Effting Vantagens e desvantagens das armaduras soldadas Principais desvantagens (cont.): ◦ necessidade, em algumas obras, de equipamentos especiais, gruas, guinchos, etc, para descarregamento e/ou içamento das armaduras; ◦ a soldagem de armaduras não é recomendada, por alguns calculistas brasileiros, nos casos em que a estrutura é submetida a cargas dinâmicas que podem provocar fratura do aço por fadiga na região da solda. Essas situações, entretanto, são em geral raras. Prof.a Dr.a Carmeane Effting SOLDAGEM IN LOCO – ATENÇÃO!!! A confecção de armaduras soldadas em ambientes de obra não é recomendada. Deve ser executada apenas em casos especiais e sob estrito controle de todos os parâmetros que interferem no processo de soldagem, tais como limpeza superficial, umidade das barras, T ambiente, correntes de ar, qualificação do soldador, etc. Prof.a Dr.a Carmeane Effting COBRE • Obtido a partir de vários minérios entre eles a cuprita e a calcopirita. • Características físicas: massa específica de 8600 a 8960 Kgf/m3 ruptura a tração entre 20 e 60 Kgf/mm2, funde entre 1050 e 1200oC. Prof.a Dr.a Carmeane Effting COBRE • Tem boa condutividade térmica e elétrica (após a prata, o cobre é o melhor condutor de calor e eletricidade). • Tem boa resistência à corrosão em diversos ambientes (como o ambiente atmosférico e marinho). • As propriedades mecânicas e de resistência à corrosão do cobre podem ser melhoradas por elementos de liga. Prof.a Dr.a Carmeane Effting COBRE – LIGAS MAIS COMUNS • Latão (liga de Cu/95% e Zn/5%); • Bronze (liga de Cu/85 a 90% e Sn/5 a 15%) → Com proporções variáveis de Zn, Al, Sb, Ni, P, Pb, entre outros... Prof.a Dr.a Carmeane Effting COBRE - APLICAÇÕES • Fios e cabos para condução de energia elétrica. • Ligas de cobre (principalmente latões Cu-Zn e bronzes): tubulações (para condução de água potável, gás, água quente e água fria) e de suas conexões rosqueáveis e soldáveis Bronze - cobre e outros elementos como Sn, Al, Pb- Tem elevada resistência ao desgaste por fricção. Sn – aumenta resistência mecânica e dureza sem alterar a ductilidade. Prof.a Dr.a Carmeane Effting COBRE - APLICAÇÕES • Componentes de sistemas de combate a incêndio (hidrantes, sprinklers) e de sistemas de aquecimentos (solares, a gás e elétricos) • Confecção total ou parcial de ferragens para esquadrias (fechos, puxadores, fechaduras, dobradiças, etc.) e de metais sanitários (válvulas, torneiras e acessórios) Prof.a Dr.a Carmeane Effting ZINCO – Tem condutividade térmica razoável. – Pequena dureza, boa maleabilidade e facilidade de moldagem e de conformação mecânica (pode ser laminado em chapas e trefilado em fios). – Boa resistência à corrosão quando exposto ao ambiente atmosférico, sendo, contudo, reativo com ácidos (como clorídrico e sulfúrico). Prof.a Dr.a Carmeane Effting ZINCO - APLICAÇÕES O zinco e suas ligas podem ser utilizados para: • fabricação de telhas, chapas lisas/onduladas; • calhas, rufos, condutores verticais de águas pluviais; • arames, telas comuns ou soldadas; • tubos para encanamentos e seus acessórios; • elementos de ligação (pregos, parafusos e seus complementos e rebites); Prof.a Dr.a Carmeane Effting ZINCO - APLICAÇÕES Chapa metálica dobrada que, no encontro de telhados e paredes, evita a penetração das águas da chuvas nas construções. Prof.a Dr.a Carmeane Effting ALUMÍNIO • O alumínio é um dos elementos mais abundantes da crosta terrestre, mas ele não é encontrado na natureza como elemento puro. O minério normalmente explorado é a bauxita. • Os principais elementos de liga do alumínio incluem cobre, magnésio, silício, manganês e zinco. Prof.a Dr.a Carmeane Effting ALUMÍNIO • O alumínio e suas ligas são caracterizados por densidade relativamente baixa (cerca de 2,7g/cm3 para o metal puro) quando comparada com a do aço carbono comum (7,9 g/cm3); • Altas condutividades elétrica (cerca de 62% da condutividade elétrica do cobre) e térmica; • Boa resistência à corrosão em alguns ambientes (incluindo o atmosférico); Prof.a Dr.a Carmeane Effting ALUMÍNIO • Ruptura a tração entre 8 a 14 Kgf/mm2; • Difícil soldabilidade; • Perde 50% de sua resistência quando soldado; • Ponto de fusão: 650 (ligas) a 660oC (Al puro). Prof.a Dr.a Carmeane Effting ALUMÍNIO • Boa capacidade de conformação mecânica (por laminação, extrusão, estampagem, etc); • Baixa T de fusão do metal puro (660ºC), que restringe a T máxima na qual ele pode ser usado; por outro lado, facilita a sua fundição e moldagem; • Baixa resistência mecânica na forma de metal puro, podendo ser melhorada por conformação mecânica a frio e por adição de elementos de liga (associada ou não a tratamentos térmicos). Prof.a Dr.a Carmeane Effting ALUMÍNIO • Acabamento superficial natural, pintado ou anodizado. • Principais utilizações: chapas e perfis para esquadrias e estruturas, trasmissão de energia elétrica, lâminas para impermeabilização, coberturas e revestimentos. Prof.a Dr.a Carmeane Effting ALUMÍNIO - APLICAÇÕES – Extrudados – destinados à fabricação de esquadrias (portas e janelas), forros, divisórias, acessórios para banheiros, estruturas préfabricadas e elementos decorativos de acabamento. – Chapas e laminados – destinados à produção de telhas e elementos de fachada. – Transmissão de energia elétrica e ponteiras de pára-raios. Prof.a Dr.a Carmeane Effting ALUMÍNIO - APLICAÇÕES *Durabilidade maior que a do aço, peso menor, 12 m de comp. (menos emendas), isolamento acustico (telha sanduiche), conforto térmico –reflete a radiação dos raios solares. Prof.a Dr.a Carmeane Effting RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NOS METAIS • Esta é uma das propriedades mais importantes na construção civil. • A tensão de tração é obtida dividindo-se a força aplicada pela área inicial da seção transversal. Esta tensão determina o aumento do comprimento da barra; é a deformação. F Ao Prof.a Dr.a Carmeane Effting RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NOS METAIS • Chama-se alongamento à expressão: • Lo é a base de medida marcada no cdp antes do ensaio e L, a distância entre as marcas, após a ruptura e uma vez reajustada as duas partes da barra rompida da melhor maneira possível. Prof.a Dr.a Carmeane Effting 1)Encontre a deformações longitudinal para o alongamento: Lo =1 cm alongamento Lf =2 cm Prof.a Dr.a Carmeane Effting Resistência dos Materiais RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NOS METAIS • O alongamento determina no corpo-deprova, uma redução da seção variável ao longo do comprimento. Forma-se uma estricção. A estricção é representada pela expressão: Prof.a Dr.a Carmeane Effting
