Materiais comumente usados ​​em engenharia estrutural

Aço x Madeira x Concreto. Geralmente, os três (3) Os materiais mais usados ​​na engenharia estrutural são o aço, concreto e madeira / madeira. Conhecer as vantagens e desvantagens de cada material é importante para garantir uma abordagem segura e econômica para projetar estruturas. Os materiais mais usados ​​na engenharia estrutural são o aço!

Aço Estrutural

O aço é uma liga que consiste principalmente de ferro e carbono. Outros elementos também são misturados na liga para obter outras propriedades. Um exemplo é a adição de cromo e níquel para criar aço inoxidável. O aumento do carbono no aço tem o efeito pretendido de aumentar a resistência à tração do material. Aumentar o teor de carbono torna o aço mais quebradiço, o que é indesejável para aço estrutural.

Vantagens do aço estrutural

  1. O aço tem uma alta relação resistência / peso. Por isso, o peso morto de estruturas de aço é relativamente pequeno. Esta propriedade torna o aço um material estrutural muito atraente para edifícios altos, pontes de longo vão, estruturas localizadas em solo com baixa sustentação do solo e em áreas com alta atividade sísmica.
  2. Ductilidade. O aço pode sofrer grande deformação plástica antes da falha, proporcionando assim grande força de reserva.
  3. Propriedades previsíveis do material. As propriedades do aço podem ser previstas com um alto grau de certeza. O aço, de fato, mostra um comportamento elástico até um nível de tensão relativamente alto e geralmente bem definido. Em contraste com o concreto armado, as propriedades do aço não mudam consideravelmente com o tempo.
  4. Velocidade de ereção. Os membros de aço são simplesmente instalados na estrutura, fazendo para um tempo de construção muito curto. Isso normalmente resulta em retorno econômico mais rápido em áreas como custos de mão de obra.
  5. Facilidade de reparo. Estruturas de aço em geral podem ser reparadas de forma rápida e fácil.
  6. Adaptação de pré-fabricação. O aço é altamente adequado para pré-fabricação e produção em massa.
  7. Uso repetitivo. O aço pode ser reutilizado após a desmontagem de uma estrutura.
  8. Expandindo estruturas existentes. Edifícios de aço podem ser facilmente expandidos adicionando novas baías ou alas. Pontes de aço podem ser alargadas.
  9. Força de fadiga. Estruturas de aço têm resistência à fadiga relativamente boa.

Desvantagens do aço estrutural

  1. Custo geral. O aço consome muita energia e é naturalmente mais caro de produzir. Estruturas de aço podem ser mais caras de construir do que outros tipos de estruturas.
  2. À prova de fogo. A resistência do aço é reduzida substancialmente quando aquecido em temperaturas comumente observadas em incêndios em edifícios. O aço também conduz e transmite calor de uma parte em chamas do edifício muito rápido. Consequentemente, estruturas de aço em edifícios devem ter proteção contra fogo adequada.
  3. Manutenção. O aço exposto ao meio ambiente pode danificar o material e até contaminar a estrutura por meio da corrosão. Estruturas de aço expostas ao ar e à água, como pontes e torres, são pintados regularmente. A aplicação de aços resistentes às intempéries e à corrosão pode eliminar este problema.
  4. Suscetibilidade à flambagem. Devido à alta relação resistência / peso, membros de compressão de aço são, no geral, mais delgado e, conseqüentemente, mais suscetível a flambagem do que, dizer, membros de compressão de concreto armado. Como um resultado, mais considerações de projeto são necessárias para melhorar a resistência à flambagem de membros de compressão de aço delgado.

madeira vs concreto

Figura 1. Visão geral da estrutura de aço

Concreto reforçado

O concreto é uma mistura de água, cimento e agregados. A proporção dos três componentes principais é importante para criar uma mistura de concreto com a resistência à compressão desejada. Quando as barras de aço de reforço são adicionadas ao concreto, os dois materiais trabalham juntos com o concreto fornecendo a resistência à compressão e o aço fornecendo a resistência à tração.

Vantagens do concreto armado

  1. Força compressiva. O concreto armado tem uma alta resistência à compressão em comparação com outros materiais de construção.
  2. Resistência à tracção. Devido ao reforço fornecido, o concreto armado também pode suportar uma boa quantidade de tensões de tração.
  3. Resistência ao fogo. O concreto tem uma boa capacidade de proteger as barras de aço de reforço do fogo por longos períodos. Isso dá tempo para as barras de reforço até que o fogo seja extinto.
  4. Materiais de origem local. A maioria dos materiais necessários para produzir concreto são facilmente adquiridos localmente, o que torna o concreto uma escolha popular e econômica.
  5. Durabilidade. O sistema de construção de concreto armado é mais durável do que qualquer outro sistema de construção.
  6. Moldabilidade. Concreto reforçado, como um material fluido no início, pode ser economicamente moldado em uma gama quase ilimitada de formas.
  7. Baixa manutenção. O concreto armado é projetado para ser robusto, usando materiais de baixo valor, como areia e água, que não requerem manutenção extensa. O concreto deve envolver o vergalhão inteiramente de forma que o vergalhão não seja perturbado. Isso torna o custo de manutenção para estruturas de concreto armado muito baixo.
  8. Na estrutura, como fundamentos, represas, cais etc. o concreto armado é o material de construção mais econômico.
  9. Rigidez. Ele atua como um membro rígido com deflexão mínima. Uma deflexão mínima é boa para a manutenção de edifícios.
  10. Facilidade de uso. Comparado ao uso de aço na estrutura, mão de obra menos qualificada pode ser utilizada na construção de estruturas de concreto armado.

Desvantagens do concreto armado

  1. Armazenamento de longo prazo. O concreto não pode ser armazenado uma vez que é misturado, pois o cimento reage com a água e a mistura endurece. Seus ingredientes principais devem ser armazenados separadamente.
  2. Tempo de cura. O concreto tem um período de cura de trinta dias. Este fator afeta muito no cronograma de construção do edifício. Isso torna a velocidade de ereção do concreto moldado no local mais lenta do que o aço, no entanto, isso pode ser muito melhorado com o uso de concreto pré-moldado.
  3. Custo de formulários. O custo das formas usadas para fundir RC é relativamente maior.
  4. Maior seção transversal. Para uma construção de vários andares, a seção da coluna de concreto armado (RCC) é maior do que a seção de aço, pois a resistência à compressão é menor no caso de RCC.
  5. Encolhimento. O encolhimento causa o desenvolvimento de fissuras e perda de resistência.

comparação entre madeira aço e concreto

Figura 2. Um exemplo típico de concreto armado

Madeira

Madeira é um orgânico, material higroscópico e anisotrópico. É termal, acústico, elétrico, mecânico, estética, trabalhando, etc. propriedades são muito adequadas para uso, é possível construir uma casa confortável usando apenas produtos de madeira. Com outros materiais, Isso é quase impossível. A madeira é obviamente uma escolha comum e histórica como material de engenharia estrutural. Contudo, nas últimas décadas, houve um afastamento da madeira em favor de produtos de engenharia ou metais como o alumínio.

Vantagens da madeira

  1. Resistência à tracção. Por ser um material de construção relativamente leve, a madeira supera até mesmo o aço quando se trata de comprimento de quebra (ou comprimento de auto-suporte). Basta colocar, pode suportar melhor o seu próprio peso, que permite espaços maiores e menos suportes necessários em alguns projetos de construção.
  2. Resistência elétrica e térmica. Tem uma resistência natural à condução elétrica quando seco ao teor de umidade padrão (MC) níveis, normalmente entre 7%-12% para a maioria das espécies de madeira. Sua força e dimensões também não são significativamente afetadas pelo calor, proporcionando estabilidade ao edifício acabado e até mesmo implicações de segurança para certas situações de incêndio.
  3. Absorção de som. Suas propriedades acústicas o tornam ideal para minimizar o eco em salas de estar ou escritórios. Madeira absorve som, em vez de refletir ou amplificá-lo, e pode ajudar a reduzir significativamente os níveis de ruído para conforto adicional.
  4. De origem local. A madeira é um material de construção que pode ser cultivado e recriado por meio de processos naturais e também por meio de programas de replantio e manejo florestal. A colheita selecionada e outras práticas permitem que o crescimento continue enquanto as árvores maiores são colhidas.
  5. Ambientalmente amigável. Um dos maiores desafios de muitos materiais de construção, incluindo concreto, metal, e plásticos, é quando eles são descartados, eles levam um tempo impossivelmente longo para se decompor. Quando exposto a condições climáticas naturais, a madeira se decomporá muito mais rapidamente e realmente reabastecerá o solo no processo.

Desvantagens da Madeira

O encolhimento e o inchaço da madeira são uma de suas principais desvantagens.

A madeira é um material higroscópico. Isso significa que ele irá absorver os vapores condensáveis ​​circundantes e perder umidade para o ar abaixo do ponto de saturação da fibra. Outra desvantagem é sua deterioração. Os agentes que causam a deterioração e destruição da madeira se enquadram em duas categorias: Biótico (biológico) e abiótico (não biológico). Os agentes bióticos incluem decomposição e fungos de bolor, bactérias e insetos. Agentes abióticos incluem sol, vento, agua, certos produtos químicos e fogo.

Madeira maciça vs aço

Figura 3. Uma estrutura de madeira / madeira

Resumo

Para descrever melhor o aço, concreto . Vamos resumir suas principais características que destacariam cada material.

Aço é muito forte em tensão e compressão e, portanto, tem alta resistência à compressão e tração. O aço tem uma resistência final de cerca de 400 para 500 MPa (58 - 72.5 ksi). Também é um material dúctil que cede ou desvia antes da falha. O aço se destaca pela rapidez e eficiência na construção. Seu peso leve e facilidade de construção permitem uma força de trabalho de cerca 10 para 20% menor em comparação com uma estrutura semelhante à base de concreto sendo construída. As estruturas de aço também têm excelente durabilidade.

Concreto é extremamente forte na compressão e, portanto, tem alta resistência à compressão de cerca de 17MPa a 28MPa. Com forças superiores até ou excedendo 70 MPa. O concreto torna possível projetar edifícios muito robustos e duráveis, e tirar vantagem de sua massa térmica, mantendo-a dentro do envelope do edifício, pode ajudar a regular as temperaturas internas. Há também um uso crescente de concreto pré-moldado na indústria de construção, que oferece vantagens em termos de impacto ambiental, custo e velocidade de construção.

Madeira é resistente a correntes elétricas, tornando-o um material ideal para isolamento elétrico. A resistência à tração também é uma das principais razões para escolher a madeira como material de construção; suas qualidades notavelmente fortes tornam a escolha perfeita para materiais de construção pesados, como vigas estruturais. A madeira é muito mais leve em volume do que concreto e aço, é fácil de trabalhar e muito adaptável no local. É durável, resulta em menos ponte térmica do que suas contrapartes e incorpora facilmente elementos pré-fabricados. Seu desempenho estrutural é muito alto e sua resistência à compressão é semelhante à do concreto. Apesar de tudo isso, a madeira é usada mais amplamente para estruturas residenciais e de baixo crescimento. Raramente é usado como material principal para estruturas altas.

Estes são os materiais de construção mais comuns usados ​​para a construção. Cada material tem seu próprio conjunto único de vantagens e desvantagens. Eventualmente, eles podem ser substituídos por materiais que têm muito pouca ou nenhuma limitação com os avanços tecnológicos no futuro. Independentemente, nossos materiais de construção atuais permanecerão relevantes por muitas décadas..