Coeficiente De Dilatacao Do Aco

O coeficiente que todo mundo esquece de verificar

Quando você vai montar uma estrutura de aço e não leva em conta a dilatação térmica, as coisas começam a se comportar de maneira estranha. Aparecem trincas em soldas que pareciam boas, parafusos que apertam e depois soltam sozinhos, e vigas que empurram apoios que não foram projetados para receber essa força lateral. Tudo isso é consequência direta de Ignorar o coeficiente de dilatacao do aco. O valor nominal que aparece em qualquer manual de aço estrutural é 12 microdeformacao por grau Celsius, expresso como 12 x 10^-6 /°C. Isso significa que para cada grau de variaçao de temperatura, um metro de acao se dilata 0,012 milimetro. Parece pouco, mas multiplique isso por trezentos metros de comprimento, como numa ponte ou num galpao industrial comprido, e voce tem quase quatro centimetros de deslocamento total. Quatro centimetros que precisam ser acomodados de alguma forma.

Como calcular a dilatacao do aco na pratica

A formula basica e Dt = a x L0 x DT, onde a e o coeficiente, L0 e o comprimento original e DT e a variacao de temperatura. A parte que os manuais quase nunca explicam bem e como determinar o DT correto. Nao basta pegar a temperatura maxima do local menos a minima. O aco em estruturas externas pode atingir temperaturas muito diferentes da temperatura ambiente do ar. No meu projeto de uma cobertura metálica de 180 metros para uma industria de celulose no interior de Minas, eu calculei a dilatacao baseada apenas na amplitude termica do ar entre inverno e verao. Quando a estrutura foi montada no verao, com o sol batendo direto na chapa de coberta de galvaneio, o aco atingiu 65 graus Celsius na superficie. A dilatacao real foi quase 50% maior do que eu tinha previsto. Os apoio das vigas principais foram projetados com folga de 15 milimetros, mas a estrutura tentou expandir 28 milimetros. O resultado foram trilhos de rolamento deslocados e uma calha de dreno que entrou em colapso no segundo mes de uso. A correcao foi trocar os apoios fixos por apoios com telas de polietileno de alta densidade e guias de deslocamento, o que permitiu o movimento livre da estrutura. Eu perdi cerca de tres semanas refazendo os desenhos dos pilares e substituindo os apoios. Um investimento que valheu a pena porque eu sabia exatamente qual era o problema.

O que poucos dizem sobre o coeficiente de dilatacao do aco

O primeiro detalhe que causa confusao e a diferenca entre o coeficiente do acao carbonico e o do aco inox austenitico. O aco carbono, o mais comum em estruturas civis, tem esse coeficiente de 12 x 10^-6 por grau Celsius. Ja o aco inox 304, frequentemente usado em ambientes corrosivos ou alimenticios, tem um coeficiente de 17,2 x 10^-6 por grau Celsius. Isso e praticamente 43% mais dilatacao para o mesmo trecho e mesma variacao de temperatura. Se voce esta misturando materiais na mesma montagem, sem considerar isso, voce tera tensoes termicas diferenciadas que podem comprometer as soldas e as conexoes parafusadas. O outro detalhe importante e que o coeficiente nao e constante durante todo o intervalo de temperatura. Ele aumenta levemente conforme a temperatura sobe, e esse aumento se torna mais pronunciado acima de 100 graus Celsius. Para estruturas comuns, essa variancia e desprezivel, mas em aplicacoes como fornos, chaminés e trocadores de calor, ela precisa ser considerada. Em um caso de um caminhoneiro que precisava ajustar a altura de uma barra de acao para caber num alojamento, eu medi que entre 20 e 200 graus Celsius, o coeficiente efetivo do aco carbono subia para cerca de 13,5 x 10^-6 por grau Celsius. Isso representa um erro de aproximadamente 12,5 por cento se for usado o valor padrao de 12 em calculos termicos de alta temperatura.

Quando ignorar esse calculo e quando nao ignorar

Existem Situacoes em que a dilatacao termica do aco realmente nao e um problema critico. Uma pequena bancada de trabalho com 1,5 metro de comprimento, montada em ambiente climatizado, praticamente nao sofrera efeito algum da variacao termica. Uma viga de 3 metros numa edificacao residencial com paredes de alvenaria sera rigidamente contida pela propria estrutura, e essa contencao gera tensoes internas que sao absorvidas pelo sistema estrutural sem causar danos significativos. Ja estruturas longas, com vãos maiores que 30 metros, operando em ambientes com amplitude termica significativa, sao classicos casos onde a dilatacao precisa ser gerenciada. Pontes, galpões industriais, esteiras transportadoras, trilhos, tanques de armazenagem a quente. Nestes casos, o calculo do coeficiente de dilatacao do aco deve integrar o projeto desde a primeira etapa, junto com a definicao dos tipos de apoio e das folgas necessarias. Uma limitacao pratica que voce precisa conhecer: o coeficiente de dilatacao teorico nao leva em conta efeitos como o atrito nas conexões, a rigidez dos apoios e a redistribucao de tensoes que ocorrem na estrutura real. Na pratica, uma viga engastada nas duas extremidades pode desenvolver forces de varias toneladas por causa da dilatacao impedida, mesmo que o deslocamento seja pequeno. Isso ocorre porque o aco é extremamente rigido. O modulo de Young do aco e aproximadamente 200 GPa, entao qualquer restrição ao seu crescimento natural gera esforcos enormes.

Se voce esta trabalhando com uma estrutura onde a dilatacao nao pode ser totalmente compensada, a solucao mais simples e eficiente é usar juntas de dilatacao entre trechos ou apoiar uma das extremidades em roletes. Isso transforma a forca de compressao lateral em movimento livre, e elimina o risco de trincas e deformações permanentes.