Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil Departamento de Estruturas. Aços para concreto armado

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1 Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil Departamento de Estruturas Aços para concreto armado Notas de aula da disciplina AU414 - Estruturas IV Concreto armado Prof. Msc. Luiz Carlos de Almeida Agosto/2002

2 Aços para concreto armado Introdução Fabricação de aços para concreto armado...4 a. Aços de dureza natural... 5 b. Aços deformados a frio Características mecânicas...5 a. Diagrama tensão deformação... 5 b. Módulo de elasticidade... 8 c. Limite de proporcionalidade... 8 d. Limite de elasticidade... 8 e. Limite de escoamento... 9 f. Limite de resistência Característica de aderência Aços para concreto armado conforme a EB Tipos de barras para armadura Bibliografia

3 Aços para concreto armado 1. Introdução Aço para concreto armado é a designação dada a todos os aços adequados para a utilização como armadura nas estruturas de concreto armado. No início do emprego do concreto armado na construção utilizavam-se principalmente barras redondas laminadas em bruto e, às vezes, ferros chatos e angulares, que eram ancorados no concreto por meio de ganchos nas suas extremidades, nessa época a tensão de trabalho na armadura era baixa, de modo que as propriedades de aderência das barras eram suficientes. No entanto, com o aparecimento dos aços de alta resistência foi necessário melhor a capacidade de aderência das barras. Atualmente são utilizadas em concreto armado barras redondas lisas ou com saliências ou, em alguns casos malhas ou telas soldadas. As barras lisas são fabricadas apenas para aços de baixa resistência, enquanto que as barras de aço de alta resistência exigem saliências. As malhas soldadas podem ser compostas por barras lisas (diâmetros menores) ou com saliências (diâmetros maiores). Classificam como barras os elementos com comprimento nominal entre 10,00 a 12,00 m (Figura 1a.) e como fios os elementos de diâmetro nominal inferior ou igual a 12,5 mm cujo processo de fabricação permita o fornecimento em rolos de grandes comprimentos (figura 2b.) 3

4 Figura 1a. - Barras de aços Figura 1b. Fios de aços No Brasil os aços destinados ao emprego em concreto armado devem satisfazer às exigências da NBR-7480/96 e da EB-3. Os aços para concreto armado diferenciam-se pelo processo de fabricação, pelas características mecânicas e pela conformação superficial. 2. Fabricação de aços para concreto armado Os aços para concreto armado são ligas de ferro que contém, para melhorar as suas propriedades, elementos como carbono, manganês, silício, cromo e também impurezas não metálicas como combinações de fósforo e enxofre. Conforme a composição, resultam propriedades diferentes, sendo que o teor de carbono desempenha papel principal. A resistência do aço aumenta com o teor de carbono na sua composição ou mesmo a adição de outros elementos formando a ligas. O mesmo efeito pode também ser obtido por meio de tratamento posterior, térmico ou mecânico. 4

5 Quanto ao processo de fabricação, os aços para concreto armado classificam-se em aços de dureza natural e aços deformados a frio. a. Aços de dureza natural Aços de dureza natural são os obtidos por laminação a quente. Apresentam geralmente um limite de escoamento bem definido e suas propriedades dependem unicamente da sua composição química. b. Aços deformados a frio Aços deformados a frio são aqueles obtidos por deformação a frio após a laminação. Através de um trabalho mecânico (estiramento, torção, relaminação, trefilação) executado a frio em um aço de dureza natural consegue-se aumentar a sua resistência. Porém quando aquecido a altas temperaturas, o aço deformado a frio perde essa resistência e retorna à condição de aço de dureza natural. 3. Características mecânicas a. Diagrama tensão deformação Solicitado à tração axial, um aço de dureza natural apresenta um diagrama tensãodeformação, como o mostrado na Figura 02 e um aço de dureza natural como o mostrado na Figura 03. 5

6 Figura 02 - Diagrama tensão-deformação dos aços de dureza natural Figura 03 Diagrama tensão-deformação dos aços deformados a frio Esses diagramas apresentam as seguintes características: - um trecho reto que inicia na origem e vai até f p, indicando proporcionalidade entre tensão e deformação; - um trecho curvo entre f p e f y, 6

7 - patamar de escoamento com tensão constante f y para os aços de dureza natural; - um trecho curvo ascendente de f y até f r que é a ruptura. Os aços deformados a frio não possuem o patamar de escoamento e, por isso, não apresentam limite de escoamento definido. Para esses aços admite-se um limite de escoamento convencional. Se uma barra de aço deformada a frio for carregada de modo que a tensão ultrapasse o limite elástico e depois for descarregada, a tensão se anula mas não a deformação, resultando em um deformação permanente. Essa deformação residual é tão maior quanto mais alta for a tensão atingida durante o carregamento (Figura 04) Figura 04 Define-se limite de escoamento para os aços deformados a frio como a tensão que corresponde a uma deformação permanente de 0,2%, conforme mostra a Figura 05 7

8 Figura 05 b. Módulo de elasticidade Para as tensões de trabalho o módulo de elasticidade dos aços de dureza natural vale kgf/cm² e o dos aços deformados a frio é aproximadamente kgf/cm². c. Limite de proporcionalidade Entende-se por limite de proporcionalidade f p a maior tensão para qual se verifica proporcionalidade entre a tensão e a deformação. Até a tensão f p Vale a lei de Hooke. d. Limite de elasticidade Entende-se por limite de proporcionalidade a maior tensão para qual não ocorre deformação permanente, é a tensão f p para os aços de dureza natural. Em geral admitem-se coincidentes os limites de proporcionalidade e de elasticidade para os aços de dureza natural. 8

9 e. Limite de escoamento Limite de escoamento f y é a tensão correspondente ao início do período de escoamento, característica dos aços de dureza natural. f. Limite de resistência Entende-se por limite de resistência a tensão correspondente ao quociente da carga máxima observada no ensaio pela área inicial da seção transversal do corpo de prova 4. Característica de aderência A aderência é melhorada sensivelmente se as barras possuírem nervuras ou saliências na sua superfície. As nervuras permitem um engrenamento mecânico (encaixe) entre as barras e o concreto, criando pequenos dentes de concreto que são solicitados por corte e se opõem ao deslizamento da barra (Figura 06). Figura 06 As nervuras podem ser longitudinais ou transversais. As nervuras podem ser anulares ou em forma de foice. 9

10 O coeficiente de conformação superficial é um número associado às barras para expressar as suas características de aderência com op concreto. Seu valor é determinado experimentalmente tomando-se como comparação as características da aderência das barras lisas. 5. Aços para concreto armado conforme a EB-3 A EB-3 classifica as barras e fios de acordo com o processo de fabricação e com a configuração do diagrama tensão-deformação em aços classe A, que são os aços laminados a quente (Figura 07), e classe B, (que são os aços deformados a frio Figura 08). Figura 07 Diagrama simplificado dos aços classe A 10

11 Figura 08 Diagrama simplificado dos aços classe B Na figura, tem-se: f s - tensão normal na barra de aço submetida a ensaio de tração; ε s - deformação correspondente na barra de aço; fp - tensão normal limite de proporcionalidade: da origem até este ponto o material se comporta como elástico linear, isto é, vale a lei de Hooke (σ = E ε ); f y - tensão de escoamento: até este ponto, o material ainda se comporta como elástico; além dele, como plástico, pois ocorre o escoamento, um aumento na deformação com sustentação da tensão normal aplicada; f r - tensão de ruptura da barra de aço; No trecho reto, supõe-se comportamento elástico linear com um módulo de elasticidade E s = KGf/cm². 11

12 A EB-3 classifica as barras, de acordo com as características mecânicas, mas seguintes categorias CA-25, CA-50 e CA-60. O aço CA-25 é fabricado somente de dureza natural, isto é, classe A, já os aços CA-50 e CA-60 são fabricado tanto de dureza natural, Classe A, como também deformados a frio, Classe B. A nomenclatura dos aços segundo a EB-3, é a seguinte: CA-25 CA-50A e CA-50B CA-60A e CA-60B Onde: - CA indica ser o aço para concreto armado; - A ou B : a classe que o aço pertence; - 25, 50 ou 60 : é o valore da resistência característica da tensão de escoamento real ou convencional em kgf/mm². 6. Tipos de barras para armadura A tabela abaixo mostra os valores nominais para cálculo que devem ser utilizados para os fios e barras. Área da seção de armadura As (cm2) 12

13 7. Bibliografia 1 - Fernandes, G. B., Notas de aula, FEC-Unicamp, Campinas, Pfeil, W., Concreto Armado, vol 1, Livros Tecnicos e Cientificos Editora Ltda., Rio,