Constructii metalicecurs 2 ore/saptamanacurs - 2 ore/saptamana

P f d i C i ti C iProf. dr. ing. Cristina Campian

Bibliografie :1. Cr. Campian,si altii - Constructii metalice, UT PRESS, 20032. D.Mateescu si altii - Construcii metalice, E.T. 1983.3. Siminea & Negrei - Construcii metalice, EDP Bucuresti, 1984.

Prima constructie metalica:Prima constructie metalica: Thomas Wilsons Wear Bridge, 1792-1796

Primul acoperis folosind grinzi metalice cu zabrele: Acoperisul Euston Station Marea Britanie, 1837

Bibli t St G i (1843 1850)Biblioteca Ste. Genevive (1843-1850) arhitect Henri Labrouste

Pod auto Chevire, peste raul Loara, 1992

Platforma marina marea Nordului Platforma marina marea Nordului

Sydney Footbal Stadium, Australia

La Villette (Paris)

La Geode -Paris in faza de executie

Harbour Festival Marketplace, Sydney ,Australia

Avantaje -siguranta in exploatare realizata printr-o buna concordanta dintre calcul si siguranta in exploatare realizata printr o buna concordanta dintre calcul si

comportarea efectiva.

-greutatea proprie mica a constructiilor metalice comparativ cu constructiilegreutatea proprie mica a constructiilor metalice comparativ cu constructiile realizate din beton, zidarie etc. Aceasta se datoreaza rezistentelor mecanice mari si a posibilitatilor mai bune de alcatuire rationala a sectiunilor care permit realizarea unor elemente de constructie de dimensiuni reduse, cu greutate

i Mi t tii t ti i i fl t f bilmica. Micsorarea greutatii constructiei are o influenta favorabila asupra costului fundatiilor;

elementele de constructii metalice se pot realiza in ateliere specializate de -elementele de constructii metalice se pot realiza in ateliere specializate, de mare productivitate, cu muncitori calificati, ateliere in care controlul de calitate este mai bun decat pe santiere, ceea ce permite realizarea unor elemente de calitate;

Avantaje

-compactitate, respectiv etanseitate. Materialele metalice sunt etanse la trecerea lichidelor sau gazelor. Utilizarea sudurii ca mijloc de imbinare contribuie la realizarea unei bune etanseitati;

-timp scurt de executie si independent de anotimp. Constructiile metalice t t tii f b i t l t l t li fii d li tsunt constructii prefabricate, elementele metalice fiind realizate cu

tolerante foarte mici. Din aceasta cauza operatiile de montaj sunt simple si nu necesita ajustari la fata locului. Confectionarea elementelor metalice se poate realiza simultan cu unele lucrari de pe santier (organizare santier,poate realiza simultan cu unele lucrari de pe santier (organizare santier, fundatii) scurtandu-se in acest fel timpul de executie;

Avantaje

-posibilitati de modificare, de consolidare sau de adaptare a constructiei altor conditii de exploatare decat cele initiale. Unele schimbari ale conditiilor de

l t d t t il t h l ii i it difi i i lid iexploatare datorate noilor tehnologii impun anumite modificari si consolidari a constructiilor existente, operatii la care constructiile metalice se preteaza cu usurinta.

-posibilitati de recuperare totala a materialului metalic in circuitul economic. Oelul este reciclabil 100%, fr riscul pierderii calitilor sale.

Dezavantaje

-rezistenta slaba la actiunea umiditatiiatmosferice

-constructiile metalice sunt sensibile latemperaturi ridicate.

Sisteme vechi si noi de Sisteme vechi si noi de contravantuiricontravantuiri

Domenii de utilizareDomenii de utilizare

-halele industriale. -constructii usoare, realizate prin utilizarea profilelor formate la rece dinconstructii usoare, realizate prin utilizarea profilelor formate la rece din

tabla subtire sau prin folosirea barelor cu forme de sectiuni neutilizate -constructii mari cu destinatie speciala: hangare, pavilioane de expozitii, sali

de spectacole, constructii a caror parte principala o reprezinta acoperisul; -constructii cu mai multe etaje. La constructiile cu un numar mare de etaje

(peste 15) structura de rezistenta se realizeaza sub forma de cadre metalice multiplu etajate;

t tii i lt i l il i il ii ili i -constructii inalte speciale cum sunt turnurile si pilonii utilizati pentru sustinerea antenelor de radio, televiziune, telefonie mobila, stalpii pentru sustinerea liniilor de transport a energiei electrice, turle de foraj, turnuri pentru extractie;pentru extractie;

Domenii de utilizareDomenii de utilizareconstructii din tabla Aceste constructii -constructii din tabla. Aceste constructii

servesc la depozitarea si transportul diferitelor materiale lichide si gazoase :buncarele, rezervoarele, conductele si , ,constructiile din industria siderurgica, conductele si coloanele din industria chimica si petrochimica;

t t il d il d i l -suprastructurile podurilor de sosea si cale ferata de mare deschidere;

-structuri pentru utilajele fixe sau mobile(macarale poduri rulante);(macarale, poduri rulante);

-constructii speciale, categorie in care intra trambulinele de schi, rampele de lansare a navetelor spatiale etc.p

Protejarea planetei

n anii 60 se consuma pentru fabricarea oelului aproape cu 50% mai mult energie ca azi.

n paralel, emisia de CO2 a fost redus la jumtate, iar difuzia de praf cu mai mult de 90%. Continua perfecionare a procesului de producie include ncetinirea consumului de ap. T t l id l t f l it t d d i Toate gazele reziduale sunt refolosite pentru producerea de energie.

Produsele colaterale rezultate din producerea oelului sunt toate reutilizate

. Zgura este folosit pentru construciile rutiere, ca balast sau pentru fabricarea cimentului. g p , p

Transformarea fr tratamente complementare a acesteia n ciment evit n fiecare an extragerea a 4,5 milioane de tone de calcar, economisete 350 000 tone de huil i reduce cu 2 milioane de tone emisia de CO2 .

.

Protejarea planetei

Mai mult de jumtate din producia siderurgic a Uniunii Europene

t li t i d d l leste realizat pornind de la oel reciclat.

Datorit calitilor magnetice el se triaz foarte uor ntre celelalte deeuri astfel nctcelelalte deeuri, astfel nct oelul devine materialul cel mai reciclat din lume

MATERIALE FOLOSITE LAMATERIALE FOLOSITE LA EXECUTAREA CONSTRUCTIILOR METALICE

Ot l lOtelulFontaAluminiul

Materiale

Oelul este un material natural. Materia sa prim, p ,fierul, este unul din elementele cele mai abundente n scoara terestr i se gsete de asemenea i n inima planetei noastre inima planetei noastre.

Fierul este de asemenea i unul din constituienii eseniali ai hemoglobinei.ese a a e og ob e

n timpul procesului de fabricaie a otelului, oxigenul este separat de fier un material

it i i b t l tomogen, care nu emite nici o substan poluant pentru mediul inconjurtor.

Otelul este un aliaj al fierului cu carbonul si eventual cu alte jelemente de aliere, constituentul de baza fiind fierul, care intra in proportie de 98...99, in timp ce procentul de carbon se limiteaza la 1,7.

Pentru realizarea constructiilor metalice se recomanda ca procentul maxim de carbon sa nu depaseasca 0,25.

Otelul se obtine prin reducerea continutului de carbon Otelul se obtine prin reducerea continutului de carbon (afinare) a fontei prin oxidare.

Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul, in fonte procentul de carbon depasind 1 7 iar n fonte speciale pn la 6 67carbon depasind 1,7, iar n fonte speciale pn la 6,67.

Fonta

Minereurile de fier cele mai utilizate pentru obtinerea fontelor si a otelurilor sunt:obtinerea fontelor si a otelurilor sunt:

magnetita (Fe3O4) de culoare neagra, continand pana la 75 fier;

hematita (Fe2O3) de culoare rosie, continand pana la 65 fier; li it (2F 2O3 3H2O) d l lb limonita (2Fe2O3+3H2O), de culoare galbena, continand pana la 60 fier;

siderita (FeCO3) ce contine 45 fier siderita (FeCO3) ce contine 45 fier. Fonta se fabrica in cuptoare inalte numite furnale,

alcatuite dintr-o camasa de otel captusita cu pmaterial refractar

Minereurile, combustibilul si fondantii se introduc in furnal pe la partea superioara, in cantitati bine determinate si alternant, astfel ca in furnal se formeaza straturi care coboara treptat si care sunt incalzite de gazele care urca. In furnal are loc un proces foarte complex. Prin gurile de vant de la partea inferioara se sufla aer sub o presiune de 1,2-1,3 atm., aer gu e de a t de a pa tea e oa a se su a ae sub o p es u e de , ,3 at , aeincalzit in prealabil la 600 900 gr.C in niste constructii speciale numite preincalzitoare (caupere).

Gazele provenite din arderea cocsului, avand temperaturi de cca.1800 gr.C, traverseaza materialele si le cedeaza caldura, ajungand la partea superioara la o , j g p ptemperatura de 200-300 gr.C. In zona superioara materialele sunt uscate. Mai jos, la temperaturi de 400-900 gr.C, se produce reducerea indirecta a oxizilor de fier cu ajutorul oxidului de carbon

Fonta Paralel cu reactiile pentru reducerea fierului au loc si cele pentru eliminarea

impuritatilor cu ajutorul fondantului, formandu-se zgura care, fiind mai usoara, se separa la partea superioara a creuzetului deasupra fontei. La diferite p p p pintervale de timp, 2-4 ore, se evacueaza din creuzet fonta si zgura rezultata. Dintr-un furnal mare se evacueaza aproximativ 2000 t fonta la fiecare 6 ore. Fonta poate fi turnata in lingouri sau poate fi transportata in forma topita la otelarie. Procesul este continuu si, in mod normal, se intrerupe doar cand

t l f l l i t b i i l itcaptuseala furnalului trebuie inlocuita.

In multe sisteme moderne amestecul de minereu de fier, cocs si calcar este initial prajit pentru a produce un material numit sinter. Prajirea scoate i it til di id l d b tf l i t l ti timpuritatile precum apa, dioxidul de carbon, astfel sinterul are un continut relativ mare de fier. O cantitate de minereu netratat se amesteca cu sinterul pentru a forma sarja furnalului.

Fontele rezultate sunt de diferite categorii: -fonte cenusii (de turnatorie), ce servesc ca materie prima

pentru turnatorii; -fonte albe (de afinare), folosite pentru elaborarea otelului;( ), p ; -fonte speciale (feroaliaje) ce servesc la fabricarea otelurilor ca

adaosuri sau ca elemente de aliere.

Elaborarea otelului

Procedeele de a obtine otel din fonta in stare lichida au aparut si s-au perfectionat in a doua jumatate a secolului IX. La inceput, neputandu-se obtine in cuptoare temperatura necesara topirii otelului (temperatura superioara topirii fontei), otelul se elabora sub forma de pasta, zgura eliminand-se prin forjare, iar otelul obtinut se numea otel pudlat. Otelul rezultat prin topire, in stare lichida, se numeste otel de fuziune. Acest otel se poate obtine prin mai multe procedee si anume: procedeul Bessemer, procedeul Thomas, procedeul Simens-Martin, procedeul l t ielectric.

C t Si M tiConvertizor

Cuptor Simens-Martin

-procedeul electric serveste la fabricarea otelurilor de calitate. Cuptoarele electrice se bazeaza pe principiul arcului electric sau al inductiei, folosind

i l t i t li t t ii l b ii j ienergia electrica pentru realizarea temperaturii necesare elaborarii sarjei.

Desi otelurile elaborate in astfel de cuptoare, numite oteluri electrice, prezinta calitati deosebite, din cauza costului ridicat al energiei consumate, acest procedeu este folosit in principal la elaborarea otelurilor speciale in special a otelului inoxidabil Cuptoarele de inductieotelurilor speciale, in special a otelului inoxidabil. Cuptoarele de inductie sunt potrivite pentru cantitati intre 120 kg si 400 t.

Produsele metaliceProdusele metaliceGeneraliti. Turnarea oelului

Produsele metalice sunt rezultatul unui ir de procese de fabricaie. Din minereuri, n furnale, se obine fonta

t t d l l ii care, o parte este dus la oelrii n stare lichid, iar o parte este utilizat pentru obinerea pieselor turnate din font. Deoarece ntre ritmul de producie al furnalelor i al oelriilorproducie al furnalelor i al oelriilor pot exista diferene, ntre acestea se interpune un recipient numit melanjor (omogenizator).

Din melanjor fonta este dus la Din melanjor fonta este dus la convertizoare sau cuptoare, unde, prin afinare se obine oelul. Din cuptoarele n care a fost produs, oelul este captat n oale de turnare d d j i li ti ide unde ajunge apoi n lingotiere, prin rcire rezultnd lingoul din care se obin produsele laminate.

Oala de turnare si lingotiere

P d d f b iProcedee de fabricare

l a m i n a r e a ce const n trecerea l a m i n a r e a, ce const n trecerea repetat a lingourilor, nclzite n prealabil la 1100oC, printre cilindrii laminoarelor pn la obinerea laminatelor finite. Prin laminare se urmrete i schimbarea structurii lingoului i obinerea unui material mai dens i cu o structur mai fin.

t u r n a r e a permite obinerea pieselor att t u r n a r e a permite obinerea pieselor att din font ct i din oel. n construcii se folosesc piese turnate ntr-o msur redus. Se realizeaz piese turnate pentruredus. Se realizeaz piese turnate pentru plci de reazeme, rulouri pentru articulaii din oel sau font.

f o r j a r e a este operaia care const n a d i i i f i ida piesei o anumit form geometric prin lovire sau presare. Se execut la temperaturi de 770-970 o C.

Laminor

Forjarea mpreun cu turnarea sunt operaii de prelucrare a metalelor cunoscute din cele mai vechi timpuri.

Procedee de fabricare

m a t r i a r e a este operaia de forjare caracterizat prin aceea c deformarea se face ntr-un dispozitiv numit matri.

a m b u t i s a r e a este operaia de ndoire i rsfrngere a unei p gtable pentru a-i da o anumit form. Ambutisarea se face la cald, obinndu-se capacele i fundurile de recipieni.

t r a g e r e a s a u t r e f i l a r e a Const n trecerea forat a unui element de seciune mic i lungime mare printr-un calibru fix cu seciunea orificiului mai mic dect a elementului. Se obin evi, bare profilate cu perei subiri srme Tragerea srmelor se numete trefilare i sesubiri, srme. Tragerea srmelor se numete trefilare i se execut la rece. Piesele obinute prin tragere i trefilare au dimensiuni mai precise i prezint fee mai netede i mai curate dect cele obinute prin laminare. p

f o r m a r e a la r e c e se folosete pentru elementele de construcie cu perei subiri, cu diferite forme ale seciunii transversale.

S ti t l d d l i t tili t Sortimentul de produse laminate utilizat nconstruciile metalice

Produsele laminate rezultnd din prelucrarea la cald sau la Produsele laminate, rezultnd din prelucrarea la cald sau la rece a lingourilor, constituie sursa de semifabricate pentru o serie de industrii (construcii de maini, industria transporturilor, construcii metalice). Ele se prezint sub forma: ) p

Semifabricate (blumuri, brame, agle etc.) sunt folosite la laminarea altor produse sau la confecionarea pieselor prin forjare.p p p j

Laminatele finite se pot grupa n: table groase, profile (corniere, profile U, profile dublu T etc.) i evi. p , p )

Totalitatea tipurilor de produse laminate alctuiesc aa numitul sortiment de produse laminate.p

o e l I (SR EN 10024-98) Este un profil n form de dublu T,

realizat din dou tlpi legate ntre ele printr-o inim. Cele dou tlpi au faa p p interioar n pant (p=14), ele racordndu-se cu inima cu o raz R. nlimea h a profilului este cuprins ntre 80mm i 400mm. Profilul prezint i t i t b l dsimetrie n raport cu ambele axe, avnd

rigiditate mare n raport cu axa x-x. Rigiditatea mic fa de axa y-y limiteaz utilizarea lui la elementele supuse la eforturi axiale i la ncovoieresupuse la eforturi axiale i la ncovoiere simpl, nefiind indicate pentru ncovoiere oblic. Se lamineaz la lungimi fixe de 6...12m. Simbolul acestui profil este Ih unde h este nlimea profilului n cm.

o e l U (STAS 564-86). Este realizat din dou tlpi i o

inim, prezentnd o singur ax de simetriede simetrie

Tlpile au faa interioar n pant de 8. nlimea h a profilului este cuprins ntre 65mm-300300mm.

Datorit faptului c prezint o bun rigiditate att n raport cu axa x-x ct i n raport cu axa y- p yy, se recomand a fi utilizat pentru realizarea elementelor supuse la ncovoiere oblic i la solicitri axiale. Se lamineaz lasolicitri axiale. Se lamineaz la lungimi fixe de 6...12m.

Simbolul profilului este Uh ,h fiind nlimea profilului n cm.

o e l c o r n i e r c u a r i p i e g a l e (SR EN 10056-1:2000). Acest profil a aprut din necesitatea prinderii cu nituri sau uruburi a dou elemente dispuse perpendicular Se utilizeaz n special la alctuirea barelor structurilor cu zbreleperpendicular. Se utilizeaz n special la alctuirea barelor structurilor cu zbrele. Simbolul profilului este Laxaxg unde a mm reprezint limea aripilor, iar g mmgrosimea acestora. Se lamineaz la lungimi de 4m...12m .

o e l c o r n i e r c u a r i p i n e e g a l e (SR EN 10056-1:2000). Se aseamn cu cel cu aripi egale avnd una din aripi mai mare (fig ) recomandndu-se pentrucu cel cu aripi egale, avnd una din aripi mai mare (fig.), recomandndu-se pentru realizarea seciunilor ce necesit o rigiditate mai mare dup o anumit direcie. Se noteaz cu simbolul Lurmat de dimensiunile laturilor i grosimea profilului n mm. Se lamineaz n mod curent n dou dimensiuni: L80x65x8 i L 100x75x9, la cerere putndu-se lamina i alte dimensiuni. Lungimea de laminare este 4m...12m.p g

Cornierele, cu aripi egale sau neegale, sunt profile foarte mult ntrebuinate la

alctuirea elementelor construciilor metalice.

e v i d i n o e l f r s u d u r l a m i n a t e l a c a l d, (SR EN 10220-1997). evile rotunde au diametrul exterior cuprins ntre 25-609 mm i grosimea peretelui ntre 3-50 mm. Avnd rigiditatea egal pe toate direciile se recomandAvnd rigiditatea egal pe toate direciile, se recomand pentru elementele solicitate la compresiune centric. Se folosesc, n general, la construcii exterioare ca turnuri, stlpi, grinzi cu zbrele, fiind foarte avantajoase deoarece expun ogrinzi cu zbrele, fiind foarte avantajoase deoarece expun o suprafa mic vntului.

evile dreptunghiulare i cele ptrate se lamineaz la evile dreptunghiulare i cele ptrate se lamineaz la dimensiuni mici din care cauz se utilizeaz n general pentru barele grinzilor cu zbrele puin solicitate i pentru realizarea tmplriei metalice. Se noteaz pe desen scriind denumirea evii urmat de dimensiunile seciunii transversale n mmevii urmat de dimensiunile seciunii transversale n mm (laturile i grosimea). Se lamineaz la lungimi fixe de 3-7m.

t a b l a g r o a s (SR EN 10029), se lamineaz cu grosimi cuprinse ntre 3-250mm i limea cuprins ntre 600 3000mm n construciilecuprins ntre 600-3000mm. n construciile metalice se utilizeaz n general table cu grosimi pn la 40mm, cele mai mari de 40mm utilizndu-se foarte rar. Tabla groas i gsete o larg ntrebuinare ndeosebi la construciile din g tabl (buncre, gazometre, rezervoare) i la realizarea seciunilor compuse solicitate la ncovoiere (grinzi cu inima plin) sau la eforturi axiale (stlpi). Se noteaz prin dimensiunile

i ii t l b l l fii d l iseciunii transversale, bxaxl, l fiind lungimea.

t a b la s t r i a t (STAS 3480-80). Spre deosebire de tabla groas, tabla striat are pe

f i i t t i i ( i ) disuprafaa ei nite striuri (proeminene) dispuse rombic care mpiedic alunecarea. Se lamineaz cu grosimi cuprinse ntre 5-10mm. Se noteaz cu Ts axb, a i b fiind dimensiunile seciunii transversale n mm Este utilizat n locuriletransversale n mm. Este utilizat n locurile circulate, la scri metalice, ca trepte i podeste, la trotuarele podurilor, ca pardoseli la platformele de circulaie, la grinzile de frnare ale podurilor rulante.

Cadre pentru depozitare paletizata

Sortimentul de produse formate la rece Profilele formate la rece se Profilele formate la rece se

utilizeaz la alctuirea urmtoarelor elemente de construcii: pane, ferme, stlpi, rigle, precum i la realizarea tmplriei metalice. Din acest motiv, sortimentul destinat construciilor se mparteconstruciilor se mparte, funcie de destinaie, n dou grupe: profile de uz general i profile pentru tmplria metalic. Profilele de uz general cuprind urmtoarele tipuri:

-profil cornier cu aripi egale;f -profil cornier cu aripi neegale;

-profil U cu aripi egale; -profil U cu aripi neegale; -profil Z cu aripi egale; -profil Z cu aripi neegale; -profil omega.

S ti t l d fil l i t d lt iSortimentul de profile laminate produs n alte ri

Profile tip IPE (a) tip IPN (b) diverse tipuri H (c)

HPHD

UAP UPNUAP UPN

Se produc i profile laminate nesimetrice, avnd talpa inferioar maiavnd talpa inferioar mai dezvoltat pentru o montare mai uoar a planeelor din beton armat,planeelor din beton armat, notate IFB (Integrated Floor Beam) i SFB (Slim Floor Beam). Ele sunt alctuite dintr un profil IPE sau HEdintr-un profil IPE sau HE decupat i o talp inferioar mai dezvoltat alctuit din tabl avnd aceeai grosime cu talpa superioar

Profilele UB (British Universal (Beams) sunt asemntoare tipului IPN, folosindu-se mai mult pentru grinzi.

UC (British Universal Columns) au tlpile foarte groase i sunt UBau tlpile foarte groase i sunt recomandate pentru stlpi.

UBP (British wide flange bearing UBP (British wide flange bearing piles) au dimensiuni ntre 200 mm i 361 mm (conform normei britanice BS 4-1/1993)

UCbritanice BS 4-1/1993).

UB se produc cu nlimi ntre 754 921 i UC t 152754-921 mm, iar UC ntre152-474 mm. UBP

St t l U it n Statele Unite se produc o mare varietate de profile laminate tip I, H

L t t W HPsau L notate W, HP respectiv C, urmate de nlimea seciunii n mm.

W

HPC

HP

n Japonia avem profilele tip H notate HJ n Japonia avem profilele tip H notate HJ.