Propriedades dos Aços e sua Classificação

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1 O uso do Aço na Arquitetura 1 Aluízio Fontana Margarido Propriedades dos Aços e sua Classificação Objetivo Conhecer as características mecânicas, principalmente em termos de tensões e deformações Propriedades em Temperatura Ambiente O aço é um material que apresenta, ao ser submetido a tração, uma fase elástica, em que as deformações não são permanentes. Aumentando-se ainda mais a tensão, passa por um patamar de escoamento e entra em uma fase plástica, onde as deformações são permanentes. A partir deste ponto deixa de ser um material adequado para estruturas. Além disso, a ruptura pode ocorrer sem aviso. 1. Curva Tensão Deformação Específica f= N/A ε = l / l E = f / ε módulo de elasticidade E = 2050 a 2100 tf / cm² ou E = a MPa OA = trecho elástico AB = trecho plástico BC = trecho de encruamento fu = tensão de ruptura fy = tensão de escoamento O diagrama f x mostra uma relação entre estas duas grandezas através de uma linha definida em um gráfico x/y onde o eixo x representa as deformações e o eixo y representa as tensões. A obtenção do diagrama tensão x deformação deve ser realizada para os diferentes tipos de material podendo ser feita através de um ensaio de tração.

2 O uso do Aço na Arquitetura 2 Aluízio Fontana Margarido Realização do ensaio de tração: 1. Toma-se uma barra circular de material homogêneo, com uma determinada seção transversal A0. Sobre esta barra, marca-se dois pontos distantes L0 um do outro. Ensaio de Tração antes da Aplicação da Carga 1.1. Curva Tensão Deformação para os Aços com Vários Valores de Tensões de Escoamento - fy 2. Submete-se esta barra a uma força normal N que aumenta gradativamente. 3. Para cada valor de N, calcula-se um LP = L - L0 4. Para cada valor de N, mede-se as modificações no diâmetro. Ensaio de Tração após a Aplicação da Carga 5. Para cada valor de N, calcula-se a tensão f = N / A0, ou seja, a medida que altera-se o valor da carga aplicada, altera-se o valor da tensão. 6. Para cada valor de N, calcula-se a deformação específica = LP/L0 7. Marca-se em gráfico os valores de f X obtendo-se então o diagrama tensão X deformação.

3 O uso do Aço na Arquitetura 3 Aluízio Fontana Margarido 2. Resistência Trabalho num regime elástico = área 0AA1, (deformação recuperável) 3. Tenacidade Trabalho total até a ruptura = área OABCC1, (deformação permanente) 4. Ductilidade É a medida em termos relativos (%) do alongamento da seção transversal. 5. Coeficiente de Poisson μ Et / El = μ μ elástico = 0.3 regime elástico μ plástico = 0.5 regime plástico 6. Módulo de Elasticidade ao Cisalhamento G = E/2(1 + μe) (1300 a 1350) tf/cm² ou ( a ) MPa 7. Tensão de Ruptura ao Cisalhamento Valor teórico fv = 1/ 3 x fy faixa de variação fv = (2/3 a 3/4) fy 8. Critério de Resistência Hencky/ Von Mises fy = 1/2 [(f1 f2) + (f2 f3) + (f3 f1)] (estado triplo) para estado duplo f3 = 0 fy = f1+ f2 f1f2 Resumo Propriedades mecânicas Para efeito de cálculo devem ser adotados os seguintes valores, na faixa normal de temperaturas atmosféricas: E = MPa, módulo de elasticidade do aço (todos os aços); G = MPa, módulo de elasticidade transversal do aço (todos os aços); va = 0,3, coeficiente de Poisson; a = 1,2 x 10-5 por C, coeficiente de dilatação térmica; a = 7850 Kg/m 3, massa específica 9. Efeito da Velocidade nos Ensaios Velocidade normal kgf / cm² / minuto a = velocidade 400 micro segundos b = velocidade 800 micro segundos c = velocidade elástica (normal) O módulo de elasticidade é sempre constante.

4 O uso do Aço na Arquitetura 4 Aluízio Fontana Margarido Coord. Científico: João Roberto Leme Simões 10. Deformação a Frio dos Aços Propriedades a Altas Temperaturas 1. Variação da Tensão de Escoamento fy com a Temperatura 2. Variação do Módulo de elasticidade

5 O uso do Aço na Arquitetura 5 Aluízio Fontana Margarido Coord. Científico: João Roberto Leme Simões Aços Estruturais Tipos escoamento kgf / cm². aço carbono fy a aço alta resistência - baixa liga fy a aço carbono baixa liga tratado termicamente fy a aço liga tratado termicamente fy a fy = tensão de escoamento Tratamentos Térmicos Os tratamentos térmicos são feitos com os seguintes objetivos:. remoção de tensões internas. mudança da dureza. aumento da resistência mecânica. melhora da ductilidade. melhora da usinabilidade. melhora da resistência ao desgaste. modificação da propriedade elétrica Tipos de tratamentos Recozimento: utilizado para remover tensões devido a processos de fundição e conformação mecânica (diminuir dureza). O resfriamento é lento. Têmpera: é o tratamento térmico mais importante. O resfriamento é rápido e pode ser feito em banho de óleo, por exemplo. Há grande aumento da dureza, da resistência ao desgaste, da resistência à tração. Normalização: semelhante ao recozimento, porém, com resfriamento mais rápido. Os grãos são um pouco menores. Revenido: é usado logo após a têmpera à temperaturas inferiores à zona crítica, modificando a estrutura formada na têmpera. Melhora a ductilidade, reduz a resistência à tração, alivia tensões internas. Endurecimento por precipitação Nitretação: tratado com nitrogênio. Cementação: tratado com carbono;

6 O uso do Aço na Arquitetura 6 Aluízio Fontana Margarido Elementos de Liga e seus Efeitos sobre os Aços C.E. = (C) + (Cr + Mo + Cu) / 5 + (Ni + Cu) / 15) % C.E. = Carbono equivalentes compara o aço liga com o aço carbono C.E. = Carbono Cr = Cromo Mo = Molibdênio V = Vanádio Ni = Níquel Cu = Cobre Perda de Espessura em Ambiente Industrial Agressivo Valores Comparativos

7 O uso do Aço na Arquitetura 7 Aluízio Fontana Margarido Aços para Perfis, Chapas e Tubos Série ASTM A tabela abaixo apresenta os principais tipos de aços estruturais série ASTM usados no Brasil: fy = tensão de escoamento fu = tensão de ruptura

8 O uso do Aço na Arquitetura 8 Aluízio Fontana Margarido Materiais Usados em Parafusos e Barras Redondas Rosqueadas * disponíveis também com resistência à corrosão atmosférica comparável a dos aços AR- COR 3 45 graus A e B ou a dos aços ASTM A588 ** C = Carbono T = temperado ARBL RC = alta resistência e baixa liga resistente à corrosão. Equivalências de aços por normas fy fu Obs.: as usinas siderúrgicas brasileiras produzem aços de alta resistência mecânica e maior resistência à corrosão atmosférica, sob diversos nomes comerciais, tais como: COS AR COR, CSN COR, USI SAC, CST COR

9 O uso do Aço na Arquitetura 9 Aluízio Fontana Margarido Tabela de similaridade* entre normas de aços estruturais para a Construção Civil

10 O uso do Aço na Arquitetura 10 Aluízio Fontana Margarido Curva Tensão / Deslocamento para Parafusos e Rebites As vantagens da utilização dos parafusos de alta resistência praticamente colocaram em desuso os rebites, relegando o seu uso à restauração de obras de valor histórico. O gráfico apresenta curvas de tensão-deformação dos parafusos de alta resistência comparativamente com rebites. TENSÃO (tf/cm²) Ligação feita com parafusos em estrutura de perfis laminados - Prédio comercial - São Paulo / SP DEFORMAÇÃO (CM) Ligação feita com rebites - Estação da Luz São Paulo / SP Ligação feita com parafusos - Embu - São Paulo - SP

11 O uso do Aço na Arquitetura 11 Aluízio Fontana Margarido