O Aço Na Construção Civil

O Aço na Construção Civil

Henrique Ferraz

Estudante de Arquitetura e Urbanismo da EESC-USP - Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo

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Definições

Um dos principais motivos que levaram ao tardio uso do ferro no Brasil (e conseqüentemente do aço), foram as altas temperaturas, necessárias para sua fabricação, e que encareciam seu processo de fabricação, dificultando tanto a popularização quanto a comercialização. Para definirmos o que é aço, partiremos de seu processo de fabricação, a partir do minério de ferro: sua matéria prima.

A usina siderúrgica é a empresa responsável pela transformação do minério de ferro em aço, de maneira que ele possa ser usado comercialmente. Este processo tem o nome de Redução. Primeiramente, o minério – cuja origem básica é o óxido de ferro (FeO) – é aquecido em fornos especiais (alto fornos), em presença de carbono (sob a forma de coque ou carvão vegetal) e de fundentes (que são adicionados para auxiliar a produzir a escória, que, por sua vez, é formada de materiais indesejáveis ao processo de fabricação). O objetivo desta primeira etapa é reduzir ao máximo o teor de oxigênio da composição FeO. A partir disso, obtém-se o denominado ferro-gusa, que contem de 3,5 a 4,0% de carbono em sua estrutura. Como resultado de uma segunda fusão, tem-se o ferro fundido, com teores de carbono entre 2 e 6,7%. Após uma análise química do ferro, em que se verificam os teores de carbono, silício, fósforo, enxofre, manganês entre outros elementos, o mesmo segue para uma unidade da siderúrgica denominada aciaria, onde será finalmente transformado em aço. O aço, por fim, será o resultado da descarbonatação do ferro gusa, ou seja, é produzido a partir deste, controlando-se o teor de carbono para no máximo 2%. O que temos então, é uma liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono, este último variando de 0,008% até aproximadamente 2,11%, além de certos elementos residuais resultantes de seu processo de fabricação. O limite de 0,008% de carbono está relacionado à sua máxima solubilidade no ferro à temperatura ambiente (solubilidade é a capacidade do material de se fundir em solução com outro), enquanto que o segundo - 2,11% - à temperatura de 1148° C .

Os aços diferenciam-se entre si pela forma, tamanho e uniformidade dos grãos que o compõem e, é claro, por sua composição química. Esta pode ser alterada em função do interesse de sua aplicação final, obtendo-se através da adição de determinados elementos químicos, aços com diferentes graus de resistência mecânica, soldabilidade, ductilidade, resistência à corrosão, entre outros. De maneira geral, os aços possuem excelentes propriedades mecânicas: resistem bem à tração, à compressão, à flexão, e como é um material homogêneo, pode ser laminado, forjado, estampado, estriado e suas propriedades podem ainda ser modificadas por tratamentos térmicos ou químicos.

Rolos de aço laminados (chapas longas enroladas).

A Estrutura do Aço

O aço, como os demais metais, se solidifica pela formação de cristais, que vão crescendo a diferentes direções, formando os denominados eixos de cristalização. A partir de um eixo principal, crescem eixos secundários, que por sua vez se desdobram em novos eixos e assim por diante até que toda a massa do metal se torne sólida. O conjunto formado pelo eixo principal e secundários de um cristal é denominado dendrita. Quando duas dendritas se encontram, origina-se uma superfície de contato e ao término do processo de cristalização, formam cada uma os graõs que compõem o metal, de modo que todos os metais, após sua solidificação completa, são constituídos de inúmeros grãos, justapostos e unidos.

Esquema estrutural de uma dentrita

A formação de cristais no ferro ocorre segundo dois tipos de reticulados: o Ø e ß. Ambos fazem parte de um sistema cristalino cúbico, ou seja, a unidade básica do cristal tem a forma de um cubo. No primeiro tipo de reticulado (Ø) denominado cúbico de corpo centrado (CCC), ao isolar-se a unidade básica do cristal, verifica-se que os átomos de ferro localizam-se nos oito vértices e no centro do cubo, enquanto que no segundo (ß) agora denominado cúbico de face centrada, os átomos ficam posicionados nos oito vértices e no centro de cada face do cubo.

Estrutura cúbica de corpo centrado e cúbica de face centrada: representação esquemática e tridimensional

Além do ferro, o aço apresenta em sua constituição carbono e elementos de liga. Estes elementos vão formar junto com o ferro uma solução e, de acordo com a temperatura e a quantidade de carbono presente, haverá a presença de um determinado tipo de reticulado.

O aço é constituído de um agregado cristalino, cujos cristais (grãos) se encontram justapostos. As propriedades dos aços dependem muito de sua estrutura cristalina, ou seja, de sua composição química, do tamanho dos grãos, de sua uniformidade. Os tratamentos térmicos bem como os trabalhos mecânicos modificam em maior ou menor intensidade alguns destes aspectos (arranjo, dimensões, formato dos grãos) e, conseqüentemente, podem levar a alterações nas propriedades de um determinado tipo de aço, conferindo-lhe características específicas: mole ou duro, quebradiço ou tenaz, etc.

Tratamentos do Aço

A usinagem do aço pressupõe sistemas altamente industrializados.

Tratamentos térmicos são o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os aços, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de esfriamento. O tratamento térmico é bastante utilizado em aços de alto teor de carbono ou com elementos de liga. Seus principais objetivos:

i. aumentar ou diminuir a dureza;

ii. aumentar a resistência mecânica;

iii. melhorar resistência ao desgaste, à corrosão, ao calor;

iv. modificar propriedades elétricas e magnéticas;

v. remover tensões internas, provenientes por exemplo de resfriamento desigual;

vi. melhorar a ductilidade,