Às vezes, durante a montagem de algumas estruturas, é preciso realizar encaixes com ajustes forçados ou mesmo prever uma possível dilatação térmica do aço e de outros componentes.
Mas como garantir esse ajuste sem causar nenhum tipo de dano às peças? A resposta está no conhecimento e aplicação dos princípios da física. Na prática, a dilatação térmica é a alteração de tamanho que ocorre em todos os materiais quando são submetidos ao aumento da temperatura. E é através desse fenômeno que podemos obter encaixes forçados mais precisos.
Por isso, se você atua em projetos que demandam a aplicação de aço em determinadas estruturas, saber mais sobre essa parte técnica pode enriquecer bastante o seu conhecimento e, claro, ajudar a entregar resultados cada vez melhores e profissionais ao seu cliente.
Sendo assim, sem grandes delongas, vamos direto aos pontos. Boa leitura!
Afinal, o que é a dilatação térmica e por que é importante saber isso?
Como bem destacamos, a dilatação térmica se refere a uma alteração do tamanho e posição de peças ao serem expostas a uma mudança de temperatura.
Considere, por exemplo, estruturas de concreto, como edifícios e pontes, que são meticulosamente concebidas com pequenas margens de espaço. Isso possibilita sua expansão durante os dias mais quentes.
Esse fenômeno se origina do aumento da temperatura, o qual induz uma agitação mais intensa dos átomos dos materiais, resultando em um incremento de espaço ocupado.
A dilatação térmica, por sua vez, manifesta-se nas três dimensões do objeto: comprimento, largura e altura.
Quando todas essas dimensões são influenciadas simultaneamente, isso é denominado dilatação volumétrica. Caso apenas duas dimensões sejam afetadas, referimos a ela como dilatação superficial. Quando somente uma dimensão é impactada, caracteriza-se como dilatação linear.
No contexto do aço, ele exibe um coeficiente de dilatação linear que gira em torno de 0,000012 por grau Celsius. No entanto, você pode estar se questionando sobre a relação disso com encaixes forçados. A chave reside na exploração da alteração nas dimensões dos materiais (incluindo o aço) quando são submetidos ao aquecimento. Essa propriedade é fundamental para a realização de ajustes forçados. A abordagem consiste em aquecer a peça com o furo e encaixá-la no eixo correspondente, para então permitir que ela retorne ao seu estado inicial ao esfriar. Para executar esse procedimento com acurácia, a temperatura adequada precisa ser identificada para obter a dilatação necessária.
Cada material possui uma constante intrínseca que determina seu padrão de dilatação térmica.
Entendendo o coeficiente de dilatação térmica do aço
Imagine-se diante de dois fios metálicos, um composto de zinco e outro de ferro, ambos submetidos a uma temperatura específica.
Apesar de ambos sofrerem dilatação, suas expansões não ocorrem de maneira idêntica. Isso se deve ao fato de que cada material possui um coeficiente de dilatação térmica singular, o qual determina sua taxa de expansão com o aumento da temperatura.
Quanto maior o coeficiente de dilatação térmica, maior a expansão do material.
Para ilustrar, o zinco ostenta um coeficiente de dilatação linear de 27×10^-6 °C^-1, enquanto o coeficiente linear do ouro equivale a 14×10^-6 °C^-1. Isso traduz que, se ambos os materiais forem expostos a uma temperatura de 50 °C, o zinco expandirá mais do que o ouro.
Cabe ressaltar que existem três categorias de coeficientes.
- Coeficiente de Dilatação Linear (α) – aplicado a objetos com dimensões apenas no comprimento, como fios ou linhas.
- Coeficiente de Dilatação Superficial (β) – atribuído a objetos com superfície, como chapas de metal.
- Coeficiente de Dilatação Volumétrica (γ) – utilizado para objetos que possuem volume, como esferas ou colunas.
As possíveis implicações da Dilatação Térmica do Aço em estruturas
Como destacado, a importância de conhecer sobre a dilatação térmica do aço se refere às possíveis implicações que este fenômeno pode acarretar, como bem veremos nos exemplos abaixo.
Paredes Externas
As paredes externas frequentemente enfrentam intensa exposição aos raios solares ao longo de períodos extensos, o que pode resultar em manifestações das variações térmicas, como fissuras e rachaduras.
Isso instiga a inclusão de juntas horizontais em edifícios altos, espaçadas a cada pavimento, para acomodar tais movimentos. No entanto, fissuras nesses elementos podem abrir portas para infiltrações, tornando imperativo evitá-las.
Pisos
De forma geral, os pisos requerem a incorporação de juntas. Considerando que os pisos usualmente ocupam áreas amplas, as minúsculas expansões de cada peça podem se somar e gerar problemas substanciais, incluindo rupturas, fissuras e desprendimentos.
Consequentemente, é uma prática sensata respeitar e implementar juntas conforme projetado, alinhando-se às orientações dos fabricantes e especialistas, independentemente do material escolhido para revestimento — como azulejos, cerâmicas, porcelanatos, pedras, madeiras ou concreto.
Vigas e Pilares
As vigas, estruturas horizontais, apoiam-se nos pilares, responsáveis por transmitir os esforços à fundação. Movimentações nas vigas podem induzir esforços adicionais, gerando torção, corrosão e cisalhamento.
Isso, por sua vez, pode ocasionar fissuras e trincas, comprometendo a integridade estrutural como um todo. Para mitigar esses efeitos, é essencial incorporar juntas nas vigas e em suas interseções com os pilares, seguindo diretrizes estabelecidas por profissionais projetistas.
Lajes
As lajes, devido às suas extensas dimensões, são suscetíveis às flutuações de temperatura. Sendo elementos cruciais da estrutura, suas movimentações podem reverberar por toda a edificação. Por exemplo, a falta de juntas em uma laje de cobertura pode originar fissuras extensas no ponto de conexão com a alvenaria.
Além disso, as dilatações e contrações da estrutura podem prejudicar sistemas de impermeabilização, abalando a estabilidade e segurança. Danos à impermeabilização levam a infiltrações, que constituem ameaças sérias para as lajes.
Portas e Janelas
Dilatação térmica do aço também influencia portas e janelas. Mudanças de temperatura podem resultar na expansão ou contração desses elementos, acarretando problemas de funcionalidade, como portas emperradas ou janelas que não fecham corretamente.
Para contornar esses desafios, é comum deixar um espaço mínimo durante as instalações, permitindo que portas e janelas se expandam ou contraiam sem causar danos.
Em resumo, entender sobre a dilatação térmica do aço representa um pilar fundamental em diversos contextos, desde montagens mecânicas até a edificação de estruturas complexas.
O domínio do coeficiente de dilatação térmica e seus impactos é essencial para garantir a solidez e durabilidade de materiais e estruturas, prevenindo problemas como fissuras, rachaduras e falhas de operação.
Seja no âmbito industrial, de engenharia ou arquitetura, a habilidade de compreender como a dilatação térmica afeta o aço é de grande relevância para profissionais que almejam a excelência em suas respectivas áreas.
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