UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN Setor de Tecnologia

Departamento de Construo Civil

DISCIPLINA MATERIAIS DE CONSTRUO

AOS PARA CONCRETO Baseada na apostila AOS do Prof. Paulo R. do Lago Helene Adaptao e atualizao (2007) Prof. Jos de Almendra Freitas Jr.

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AOS PARA CONCRETO : 1) INTRODUO - Por ao para concreto armado entende-se todos os aos adequados utilizao como armadura nas peas de concreto. Necessitam desenvolver aderncia perfeita e total com o material envolvente, o concreto, a fim de que deste trabalho solidrio resulte uma estrutura de melhor caracterstica resistente e durvel. O concreto armado empregado por Lambot e difundido por Monier, a partir de 1849, na Frana, continua sendo atualmente o material mais empregado pelo homem em construes civis, devido s suas inmeras vantagens tais como, resistncia mecnica, durabilidade, fcil moldagem e segurana contra fogo. O concreto protendido, idealizado por Dhring e estudado por Koenen e Mrsch, na Alemanha, a partir de 1888, representa uma evoluo em relao ao concreto armado, principalmente porque neste caso o concreto no tracionado. Portanto como o ao para concreto protendido entende-se todos os aos adequados a essa protenso ao concreto. Se diferenciam dos aos para concreto armado por sua resistncia trao, consideravelmente mais alta. Existem vrios tipos de ao para armar ou protender, que se distinguem por suas caractersticas geomtricas, pelo tipo de fabricao e pela forma e dimenso da seo transversal. Todo engenheiro civil ou de qualquer outra especialidade necessita conhecer os materiais que lhe so disponveis comercialmente. Qualquer que seja o seu produto, uma casa, uma ponte ou uma barragem, necessrio o conhecimento profundo do comportamento qumico, fsico e mecnico dos materiais que sero utilizados. Esse comportamento, particular a cada material, decorrente da sua microestrutura. Portanto se conhecermos o fundamento desse comportamento poderemos prever as suas propriedades e entender a sua patologia. Esse conhecimento essencial. a ferramenta que impulsiona a tecnologia a desenvolver novos produtos e a corrigir as falhas e deficincias dos existentes. Por outro lado, para a correta aplicao de um material, o que realmente interessa so as suas propriedades tecnolgicas obtidas macroscopicamente. Nesse momento fundamental fixar critrios de medio e julgamento das propriedades dos materiais disponveis no mercado, atravs de ensaios padronizados que forneam elementos para aceitao ou rejeio de um determinado produto, destinado a um uso definido.

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Nestas notas, ento comearemos introduzindo alguns termos e medidas utilizadas em engenharia, necessrios compreenso dos textos subsequentes. Em seguida ser enfocada a microestrutura dos metais com base cincia dos materiais, passando pela estrutura, tratamento e tipo de ruptura dos aos. 2) TERMOS E MEDIDAS USADOS EM ENGENHARIA - 2.1) COMPORTAMENTO MECNICO - Tenso ( ) - definida como fora por unidade de rea e expressa em MPa (antigamente kgf/cm, 1 MPa = 10 kgf/cm ). calculada dividindo-se a fora pela rea na qual atua. Compresso Trao

= N / A = N / A

Cisalhamento- o esforo cortante que atua numa determinada seo que tende a fazer deslizar uma seo em relao a outra. o resultado de tenses tangenciais.

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Protenso - a introduo de uma tenso de compresso a uma pea de concreto, atravs de um ou mais cabos de ao tracionados.

Deformao - o efeito da tenso. Pode ser expressa em cm deformado por cm (cm/cm), ou em porcentagem do comprimento inicial. A deformao pode ser elstica ou plstica. A deformao plstica irreversvel, o resultado do deslocamento permanente dos tomos que constituem o material. A deformao elstica reversvel; desaparecendo quando a tenso removida. Mdulo de Elasticicade, Mdulo de Young ou Mdulo de Deformao Longitudinal (E) - o quociente entre a tenso aplicada e a deformao elstica resultante. expresso em MPa (antigamente kgf/cm, 1 MPa = 10 kgf/cm ). E = tg

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Ductilidade - a deformao plstica total at o ponto de ruptura. Pode ser medida pela estrico que a reduo da rea da seo transversal do material, imediatamente antes da ruptura. expressa em % como sendo : rea inicial - rea final Estrico = x 100 rea inicial Outra unidade de medida de ductilidade o alongamento tambm medido em % sendo igual a : comprimento final - comprimento inicial Alongamento = x 100 comprimento inicial

Portanto quanto mais dctil um material, maior a reduo de rea ou alongamento antes da ruptura. Estrico de uma barra de ao :

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Relaes tenso x deformao - Segundo o seu comportamento frente s tenses os diferentes tipos de materiais podem ser classificados em: Material Frgil = No se deforma plasticamente antes da ruptura. A pouca deformao elstica que o material sofre diretamente proporcional a tenso, obedece a Lei de Hooke at a ruptura. Ex. : ferro fundido, concreto e vidro plano.

Material dctil com patamar de escoamento = Apresenta um patamar de escoamento definido que caracteriza a tenso fy denominada resistncia de escoamento do ao trao. Ex.: aos doces com baixo teor de carbono, classe A, como os aos para concreto armado CA-25A e CA-50A.

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Material dctil sem patamar de escoamento = No apresenta um patamar de escoamento definido. A deformao plstica que se segue elstica no reversvel. A tenso fy convencional, de resistncia de escoamento do ao trao corresponde a uma deformao plstica irreversvel de 0,2%. Ex.: aos para concreto protendido ou para armado classe B (CA-60B).

Dureza : definida pela resistncia da superfcie do material penetrao. A escala Brinell de dureza BNH (Brinell Hardness Number) um ndice de medida de dureza, calculado a partir da rea de penetrao de uma esfera de ao duro ou carbeto de tungstnio no material. A penetrao desta esfera feita a partir de uma fora e tempo padronizados, sendo o BNH obtido pela rea demarcada pelo crculo da calota. A escala Rockwell de dureza pode ser relacionada com a Brinell, mas a medida da profundidade de penetrao da esfera e no pela rea. N 2 N BNH = = rea da calota D [ D - (D-d) ]

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Rockwell = P

A dureza de um material pode ser relacionada com a sua resistncia trao

ou compresso, desde que se admita o material como homogneo e isotrpico. No entanto devido as suas dificuldades operacionais e as incertezas acarretadas por impreciso de leitura estas determinaes, no so usualmente aconselhadas para o julgamento das propriedades dos aos, sendo preteridas a favor de outras mais significativas.

Tenacidade : a medida da energia necessria para romper o material. expressa em kgf/cm2. Portanto um material dctil com a mesma tenso de ruptura que um frgil mais tenaz, porque ir requerer uma maior energia para romper-se. Figura

A energia pode ser medida como rea sob o diagrama tenso x deformao. Neste

caso A2 > A1 portanto o material 2 mais tenaz.

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2.2) COMPORTAMENTO QUMICO - Quase todos os materiais utilizados em engenharia civil, so passveis de corroso por ataque qumico, em especial no concreto armado. Figura :

Corroso generalizada das armaduras de um pilar. Notar que a oxidao do ao um fenmeno expansivo que inclusive rompe o cobrimento de concreto. Pode ocorrer a solubilizao dos componentes do concreto. Em outros casos a oxidao direta ou eletroqumica, que tem maior importncia. Eventualmente pode ocorrer a lixiviao do concreto por guas cidas ou muito puras dos principais componentes de um material, diminuindo a sua capacidade de resistncia, ou ento reaes qumicas expansivas que acarretam a desagregao e deteriorao do material. Portanto a resistncia corroso qumica, devido ao meio ambiente da maior importncia para todos os materiais utilizados em engenharia civil, em particular para os aos. 2.3) COMPORTAMENTO FSICO - O comportamento fsico engloba, entre outros, as propriedades trmicas, pticas e eltricas do material. Como estas propriedades no so no caso geral, de utilidade

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para o emprego dos aos em concreto armado e protendido, sero motivo de outras notas. Uma propriedade fsica de interesse a densidade, que nos casos dos aos, pode-se admitir constante e igual a 7,85 kg/dm para todos os tipos e o coeficiente de dilatao trmica que sendo igual a s = 1,2.10-5 m /m.C praticamente igual as do concreto (mdia c = 1,2.10-5 m /m.C )o que no acarreta o aparecimento de esforos entre os materiais por efeito de variao de temperatura. No entanto o coeficiente de condutividade trmica do ao, cerca de 30 vezes maior que o do concreto, o que pode acarretar, em incndios uma absoro maior e mais rpida de calor com conseqente aparecimento de tenses entre os materiais. 3) MICROESTRUTURA DOS METAIS - 3.1) ATRAES INTERATMICAS - Os materiais se apresentam em um determinado estado fsico estvel, como conseqncia das foras de atrao que se desenvolvem entre os tomos e as molculas que o constituem. Essas atraes so conseqncia da estrutura eletrnica dos tomos. Os gases nobres, inertes ou quimicamente inativos, tais como He, Ne, A, etc., apresentam apenas uma pequena atrao entre tomos por que estes tm um arranjo estvel de eltrons na ltima camada, chamada de camada de valncia. Alm desse fator (2 ou 8 eltrons na camada de valncia), o nmero de prtons igual ao de eltrons o que os torna eletricamente neutros. Na maioria dos outros elementos isto no acontece e eles devem adquirir esta configurao estvel atravs de um dos seguintes processos; 1- recebendo eltrons; 2 - doando eltrons; 3 - compartilhando eltrons. Os dois primeiros processos produzem ons negativos e positivos com o conseqente aparecimento de foras coulombianas do tipo eltrica de carga oposta.

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O terceiro requer uma ntima associao entre os tomos, de modo que os trs tipos de ligaes so fortes. Vejamo-las, pois em separado: Ligao inica - a mais simples e se explica pelo aparecimento de foras coulombianas (processo 1 e 2). Como exemplo pode-se citar o Na+ e o Cl que se unem formando o NaCl, cloreto de sdio ou sal de cozinha, slido. Aparentemente poder-se-ia supor que estando uma molcula eletricamente estvel a atrao com as demais seria fraca e consequentemente no conheceramos o sal de cozinha como um slido. Na realidade a atrao d-se em todas as direes e um on Na+ envolvido por vrios ons Cl e assim inversamente. Ligao covalente - o descrito no processo 3 onde os tomos compartilham eltrons da ltima camada. A fora de ligao covalente evidenciada no diamante, constitudo inteiramente por carbono. Esta fora demonstrada no s pela sua elevada dureza (ndice 10 na escala Mohs) como tambm pela elevada temperatura (3.300 C), requerida para sua dissociao atmica. Cada tomo de carbono tem quatro eltrons na camada de valncia, que so compartilhados com quatro tomos adjacentes, para formar um reticulado tridimensional inteiramente ligado por pares covalentes. Ligao metlicas - Se um tomo apresenta poucos eltrons de valncia estes podem ser removidos com facilidade enquanto que os demais so firmemente ligados ao ncleo. Temos ento uma estrutura formada por ons positivos e eltrons livres que desempenham o papel de ons negativos aparecendo portanto foras eltricas coulombianas de atrao. O movimento livre dos eltrons dentro da estrutura metlica forma o que chamado de nuvem eletrnica ou gs eletrnico. Os eltrons livres do ao metal sua elevada condutibilidade eltrica e trmica. Outro efeito que esta nuvem absorve a energia luminosa o que torna todos os metais opacos.

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Figura :

Ligao metlica representao esquemtica dos eltrons livres (nuvem eletrnica) em uma estrutura de ons positivos. A ligao metlica pode ser considerada como uma atrao entre ons positivos e eltrons livres (exemplo: cobre). Foras de Van der Waals - uma ligao secundria fraca, mas que tambm contribui para a atrao interatmica. A maior parte das foras de Van der Waals se origina de dipolos eltricos, que so conseqncia de uma assimetria da molcula onde o centro de carga positiva no coincide com o centro de carga negativa originando o dipolo.

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A polarizao (a) nas molculas assimtricas ocorre um desbalanceamento eltrico denominado polarizao. (b) Este desbalanceamento produz um dipolo eltrico com uma extremidade positiva e outra negativa. (c) Os dipolos resultantes originam foras de atrao secundrias entre as molculas. A extremidade positiva de um dipolo atrada pela negativa de outro. ATENO: NA MAIORIA DOS CASOS, TODOS OS TIPOS DE ATRAO INTERATMICA ESTO PRESENTES, COM MAIOR OU MENOR PREDOMINNCIA. 3.2) ARRANJOS ATMICOS - Conhecendo as formas de atrao interatmica (tomo a tomo), necessita-se conhecer agora como se distribuem estes tomos e qual a sua orientao espacial (organizao espacial das molculas). As propriedades dos materiais dependem desse arranjo de tomos ou molculas. Os arranjos so classificados em:

1- Estruturas moleculares, isto , agrupamento de tomos; 2- Estruturas cristalinas, isto , um arranjo repetitivo de formas geomtricas de

tomos; 3- Estruturas amorfas, distribuio dos tomos sem nenhuma forma de

regularidade. Por possurem os metais, uma estrutura cristalina, vamos nestas notas considerar somente este arranjo. Estrutura cristalina: Uma molcula tem uma regularidade estrutural, quando as ligaes entre elas determinam um nmero especfico de vizinhos para cada tomo e a orientao no espao dos mesmos. A maioria dos materiais de interesse construo civil tem arranjos atmicos, que tambm so repeties, nas trs direes, de uma unidade bsica. Tais estruturas so denominadas cristais. A repetio tridimensional nos cristais devida a coordenao atmica no interior do material, e, esta repetio, algumas vezes, controla a forma externa do cristal.

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As superfcies externas planas dos cristais de pedras preciosas e quartzo so todas manifestaes externas dos arranjos cristalinos internos. Exemplo de estrutura cristalina: a cristalizao do sal de cozinha na forma de cubos decorre da estrutura cristalina cbica do NaCl. O MgO tem a mesma estrutura.

Estrutura dos metais, composta por um aglomerado de cristais, cada cristal com sua orientao de planos de clivagem.

Metalografias mostrando os gros de cristais de um ao mangans (esquerda) e liga zinco-nquel (direita).

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Todos os cristais tem grupo espacial, chamado reticulado cristalino que obedece a uma das seguintes 14 formas geomtricas possveis de cristalizao ao solidificar-se, ou seja, o seu arranjo atmico sempre corresponde a uma das seguintes formas geomtricas :

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Sistema de cristalizao Rede de Bravais

Triclnico

Simples Centrado

Monoclnico

Simples Centrado na base Centrado

no volume Centrado na face

Ortorrmbico

Hexagonal

Rombodrico ou trigonal

Simples Centrado no volume

Tetragonal

Simples Centrado no volume Centrado na face

Cbico ou isomtrico

Grupos espaciais, estes 14 reticulados de Bravais se repetem nas trs dimenses. Cada ponto indicado tem idnticas vizinhanas. Cada grupo espacial tem uma capacidade maior ou menor de adaptar-se s solicitaes externas a que seja submetido. A visualizao e a identificao do reticulado cristalino possvel atravs de microscopia eletrnica.

Anlise metalogrfica - Ruptura de viga mitlica por fratura nas superfcies dos cristais.

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3.3 ) DEFORMAO ELSTICA DOS METAIS -

luz da estrutura cristalina dos metais e dentro da regio de comportamento elstico, a deformao resultado de uma pequena alongao da clula unitria na direo da tenso de trao ou a uma pequena contrao na direo da tenso de compresso. Figura :

A deformao elstica normal (muito exagerada na figura). Os tomos no ficam permanentemente deslocados em relao aos seus vizinhos originais. (a) trao, (b)sem deformao, (c) compresso. Na faixa de comportamento elstico a deformao aproximadamente proporcional tenso. A relao entre a tenso e a deformao o mdulo de deformao longitudinal E (mdulo de elasticidade ou mdulo de Young) e uma caracterstica do metal. E = / Quanto mais intensas forem as foras de atrao entre os tomos, maior o mdulo de deformao longitudinal. Qualquer elongao ou compresso de uma estrutura cristalina em uma direo, causada por uma fora uniaxial, produz um ajustamento nas dimenses perpendiculares direo da fora. Na figura anterior, por exemplo, pode-se observar uma pequena contrao na direo perpendicular fora de atrao. A relao entre a deformao lateral x e a deformao direta y , com sinal negativo, denominada coeficiente de Poisson .

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= - (x / y ) Nas aplicaes de engenharia, as tenses de cisalhamento tambm solicitam as estruturas cristalinas (figura a seguir). Essas produzem um deslocamento de um plano de tomos em relao ao plano adjacente. A deformao elstica de cisalhamento definida pela tangente do ngulo de cisalhamento . = tg () E o mdulo de cisalhamento G a relao entre a tenso de cisalhamento e a deformao de cisalhamento : G = C / Figura:

A figura anterior representa a deformao elstica por cisalhamento. A tenso de cisalhamento produz um deslocamento de um plano atmico em relao ao seguinte. Desde que os vizinhos dos tomos sejam mantidos, est-se na faixa de deformao elstica. (a) Sem deformao, (b) deformao por cisalhamento. Este mdulo de cisalhamento (tambm chamado de rigidez) no igual ao mdulo de deformao longitudinal E; entretanto ambos esto relacionados pela expresso: E = 2.G.( 1 + ) Como o coeficiente de Poisson est normalmente na faixa de 0,25 a 0,50 o valor de G aproximadamente 35 % de E

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Os mdulos de deformao longitudinal E, trao e compresso, o mdulo de cisalhamento (G), assim como o coeficiente de Poisson (), so parmetros importantes que definem um material, dando elementos para previso do seu comportamento frente s solicitaes externas. 3.4) DEFORMAO PLSTICA DE CRISTAIS METLICOS - Os materiais podem ser solicitados por tenses de trao, de compresso ou de cisalhamento. Como os dois primeiros tipos podem ser decompostos em componentes de cisalhamento (figura a seguir) e como a maior parte dos metais significativamente menos resistente ao cisalhamento que trao ou compresso, os metais se deformam pelo estado plstico ou escorregamento de um plano cristalino em relao aos demais. O escorregamento causa um deslocamento permanente; a retirada da tenso no implica no retorno dos planos cristalinos s suas posies originais. Figura:

Na figura os componentes de tenses normais: (a) trao e (b) Compresso. Em materiais dcteis e no-porosos tanto a ruptura por compresso, como a por trao so precedidas por escorregamento. Em materiais frgeis, pode ocorrer uma ruptura puramente por trao. Ruptura puramente por compresso no ocorre em materiais no porosos. Todas as rupturas de metais, causadas por cargas de compresso, so conseqncias de cisalhamento. Em particular a ruptura por trao, pode se apresentar com uma das seguintes formas:

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Figura:

Quando a fratura dctil ocorre o cisalhamento dos gros. Nesse caso a ruptura se inicia no centro da regio estrita, por meio de micro-cavidades e se propaga em direo normal trao, at as bordas. Durante todo o processo a ruptura se d por cisalhamento a 45, o que acarreta o aspecto fibroso da superfcie. Figura:

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(a) ruptura em amostra mais dctil (b) ruptura em amostra mais frgil 4) AOS - 4.1 ) ESTRUTURA - Ao todo produto siderrgico, obtido por via lquida, com teor de carbono abaixo de 2 % (alguns autores consideram 1,67 %). Os aos para construo tem, em geral 0,5 % ou menos de teor de carbono (aos tipo patenting para fios usados em concreto protendido algo perto de 0,6 %). A obteno do ao feita atravs da mistura de minrio de ferro, coque (retirado de carvo mineral), e fundentes (como as cstinas que so argilas calcrias, que funcionam tambm como corretor de Ph), que so sinterizados em um equipamento chamado alto-forno, sob temperaturas da ordem de 1500 C. As escrias de alto-forno, usadas como adies ao cimento portland, so o resduo que sobrenada no ferro-gusa (Fe+ 4% de C, que o produto do alto-forno). O produto do alto-forno, o ferro-gusa, tem um teor excessivo de carbono (Fe+ 4% de C), que torna a liga um metal de baixa resistncia mecnica e frgil quando slido, chamado de ferro-fundido. Para a obteno do ao necessria a reduo da porcentagem de carbono para menos de 1,67%, tarefa que feita no conversor, equipamento que converte o ferro-gusa em ao, pela oxidao do material, (injeo de um jato de oxignio), onde ocorre a combinao O2 + 2C CO, onde o monxido de carbono segue para a atmosfera (ou equipamentos especiais que o transforma em CO2).

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Fluxo de produo da AOMINAS, (fonte catlogo digital).

O ao sai do conversor na forma lquida, quando convertido em lingotes que posteriormente sero, nos laminadores, transformados em chapas perfis ou vergalhes. Os aos assim como todos os metais, tem uma estrutura cristalina. Estes cristais formados por elementos qumicos simples, combinaes lquidas e solues slidas. As solues slidas, tambm denominadas cristais mistos, so justaposies de sistemas que cristalizam junto num mesmo cristal, de modo anlogo as solues lquidas. O carbono solubiliza-se no ferro-gama (CFC = Cbico de face centrada), abaixo destas temperaturas os cristais transformam-se CCC (Cbicos de Corpo Centrado).

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Ocorrem no diagrama de resfriamento do ferro : 1.539C - Patamar de Solidificao - forma-se o ferro delta (CCC); 1.390C - Transformao alotrpica para ferro gama (CFC); 910C - Transformao alotrpica para ferro beta (CCC); 768C - Transformao para ferro lambda (CCC), perde as propriedades magnticas (Pto. Curie); O ferro o principal componente, com 0,008 a 2 % de Carbono (anteriormente era considerado o limite 1,67 % para o C). % de Carbono presente nos produtos: 0,15 a 0,40 % - Arames, chapas, ao CA-50; 0,40 a 0,60 % - Ferramentas tipo p, cabos de ao, engrenagens, peas forjadas; 0,60 a 0,70 % - Peas forjadas, trilhos, engrenagens; 0,70 a 1,20 % - Aos p/ concreto protendido, molas, serras; 1,20 a 2,00 % - Ferramentas de corte; As propriedades destas solues slidas, (ligas metlicas), dependem evidentemente da composio qumica, mas de uma forma muito complexa.

A solidificao de uma liga metlica no se efetua habitualmente a uma temperatura fixa, existindo uma inicial e outra final, onde na faixa intermediria existem cristais slidos dissolvidos em parte do material lquido.

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Os metais so aglomerados de cristais, sendo que estes tem tamanhos variveis e orientaes diversas, fazendo que no conjunto o metal no tenha planos de clivagem. Apesar da composio melatogrfica (tipo e natureza dos cristais formados) dos aos ser complexa, e, a formao dos cristais dependerem no s da composio qumica inicial, como tambm das temperaturas alcanadas no aquecimento e resfriamento, os aos so ligas metlicas, (sob o ponto de vista fsico tem comportamento similar aos dos metais) e como tal possuem as mesmas propriedades e comportamento. 4.2) TRATAMENTO DOS AOS - Os tratamentos tem a finalidade de melhorar nos produtos siderrgicos algumas de suas propriedades fsicas. Os tratamentos podem ser unicamente trmicos ou termo-qumicos, nos trmicos como no processo de tmpera, ocorrem s operaes com variaes de temperatura, j nos termo-qumicos, como na cementao ocorrem simultaneamente as variaes de temperatura a exposio a compostos como nitratos ou carbono para alterar a composio qumica superficial do ao. Ex. : Tempera = aquecimento ao rubro, seguido de resfriamento brusco, operao que torna o ao mais duro, com maior resistncia mecnica e mais frgil; Cementao = exposio a altas temperaturas a elevada concentrao de carbono para endurecimento da superfcie; Recozimento = aps uma deformao a frio, o aquecimento e permanncia acima da temperatura de recristalizao, para permitir o crescimento dos gros, retirando os efeitos do encruamento e deixando o material muito dctil. Os tratamentos modificam essencialmente a micro-estrutura dos produtos, tanto no tamanho dos gros como na qualidade. A temperatura e o tempo so fatores a considerar nos tratamentos trmicos, assim como o trabalho mecnico nas deformaes frio. Crescimento dos gros -

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Quando se aquece e mantm um ao acima dos 723C (temperatura de recristalizao), os cristais existentes se transformam. Os novos gros que aparecem dessa transformao com o tempo crescem uns custa dos outros, tanto mais rapidamente quanto mais elevada for a temperatura, de tal forma que um ao pode adquirir uma textura de gros grados, quer por permanecer muito tempo a alguns graus acima da temperatura de recristalizao, que por estar menos tempo a temperaturas mais elevadas. A granulao grosseira torna o material quebradio, porque a coeso entre gros grados menor que entre gros pequenos. As fissuras tambm se propagam mais facilmente no interior de gros grados. Deste modo, em igualdade de condies, os de granulao fina tem melhores propriedades mecnicas. Quando h um superaquecimento e a temperatura vai acima de 1150C, o ao fica quebradio e sua regenerao no mais possvel, no sendo apropriado para empregos em estruturas de concreto. O superaquecimento do ao diminui a sua ductilidade (estrico e alongamento), porm no chega a sua resistncia. Figura : A influncia da temperatura e do tempo sobre o tamanho dos gros.

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Recristalizao de gros deformados - Chama-se trabalho mecnico a quente a laminao, o forjamento e o estiramento do ao em temperaturas acima da temperatura de recristalizao (723C). O ao a mais mole, sendo mais fcil e econmico de modificar. Os gros deformados recristalizam-se em seguida sob a forma de novos pequenos gros. O processo de aquecimento do ao com conseqente recristalizao utilizado algumas vezes para aliviar tenses internas prejudiciais, recuperando assim o material. Deformao a frio ou encruamento - Quando o trabalho mecnico feito abaixo da zona crtica da temperatura de recristalizao, os gros permanecem deformados e diz-se que o material est encruado. O encruamento altera as propriedades do material, aumentando a resistncia mecnica (tenso de escoamento fy, dureza), reduz a ductilidade (diminui o alongamento e a estrico na ruptura), e diminui tambm a resistncia corroso. Os aos podem ser encruados propositalmente, por trao, compresso ou toro, para alterar certas propriedades como obter tenses de escoamento e ruptura mais elevadas. Ex.: aos CA-60 (anteriormente denominados CA-60B) e fios para concreto protendido atuais CP, assim como os antigos aos marca TORSIMA CA-50B. O ao encruado comea a recristalizar-se acima dos 500 C e com aquecimentos a 600C, 700C o material readquire as propriedades iniciais e, portanto com a ocorrncia de incndio em que a temperatura se eleva a mais de 1000C, importantssimo que se conhea o tratamento sofrido pelo ao, pois pode estar com a resistncia mecnica comprometida aps sofrer essa elevao de temperatura. Esquematicamente temos: O ao deformado acima da zona crtica recristaliza-se imediatamente, mas se deformado a temperatura ambiente no.

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Como exemplo de um tratamento a frio, vejamos detalhadamente o estiramento de uma barra de fio de ao:

Se estirarmos uma barra de ao at uma deformao alm daquela correspondente sua resistncia de escoamento trao, e, retirarmos a carga, a tenso se anula e fica uma deformao permanente. Tornando a solicitar a barra, as deformaes crescem, de modo praticamente proporcional s tenses, at atingir o mximo valor da tenso a que o ao foi solicitado anteriormente; nesse ponto a curva inflete rapidamente e passa a coincidir com a curva correspondente ao primeiro carregamento. (se o intervalo entre a retirada da carga e o novo estiramento tiver sido de apenas poucos minutos, curva OAE da figura anterior).

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Neste estiramento, a tenso de escoamento ficou aumentada de A para A; o ao, que tinha uma curva tpica OAE, passou a ter a nova curva AOE. Se decorrer algum tempo entre a retirada da carga e a nova solicitao, a curva se eleva para A E, ou ainda mais, dentro de certo limite; obtm-se, assim, mais elevados limites de escoamento (convencional) e de resistncia. Esta alterao das propriedades do ao em virtude do estiramento a frio produz-se com as seguintes caractersticas: 1 - A elevao da curva tanto maior, at um certo limite, quanto maior o tempo decorrido aps a descarga. 2 - A elevao da curva tanto maior, at um certo limite, quanto maior a deformao atingida antes da descarga (para iguais intervalos de tempo entre o fim da descarga e o incio da nova solicitao). Para certas barras, acima de certa deformao no estiramento, isto , torcendo-se alm de certo limite, a curva torna a baixar, ou seja, a tenso de escoamento

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convencional diminui novamente. Isto pode ser explicado por uma ruptura interna dos cristais, devido ao excesso de energia aplicada. Figura : Diagramas tenso x deformao de diferentes aos. Esta figura representa bem o efeito que se deseja e normalmente se obtm com o encruamento dos aos.

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4.3) TIPOS DE AOS PARA CONCRETO Os aos estruturais para concreto, de fabricao nacional podem ser classificados em trs grupos principais: - Aos de dureza natural laminados a quente; - Aos encruados a frio; - Aos patenting. Ao primeiro grupo pertencem os aos comuns utilizados, desde longa data, no concreto armado, atualmente contando tambm com mossas ou salincias para aumentar a aderncia, como os vergalhes CA-25 (sem mossas) e CA-50 (com mossas), antigamente denominados aos tipo A. Ao segundo grupo pertencem os aos obtidos por tratamentos a frio dos aos comuns, como os atuais CA-60, antigamente denominados aos tipo B. Ao terceiro grupo pertence o denominado ao duro ou ao patenting ou ainda ao para concreto protendido, o nico tipo de ao usado em concreto protendido. Pode ser encontrado em fios isolados ou em cordoalhas de dois trs ou sete fios. Antigamente, no Brasil, existiam alguns tipos de aos para concreto que desapareceram do mercado, como: TORSIMA, PERISTAHL, ESTRELA, TORSTAHL, e outros, que eram encruados a frio. 4.3.1) AOS PARA CONCRETO ARMADO Os aos para concreto armado em duas classes : Os laminados a quente ou de dureza natural: Com escoamento definido, caracterizado por patamar no diagrama tenso x deformao, deformado ou forjado a quente. Ex.: CA-25, CA-50. Os laminados frio ou encruados: Com resistncia de escoamento convencional, definida por uma deformao permanente de 0,2 %, encruado por deformao a frio. Ex.: CA-60. Os algarismos numricos nas siglas indicam a resistncia de escoamento do ao trao fy em kgf/mm. Por exemplo: CA-50.

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CA = concreto armado; 50 = 50 kgf/mm (500 MPa). A NBR-7480/85 especifica que as barras e fios com bitolas inferiores a 10 mm, de qualquer categoria, podero ser lisos. Nomeclatura pela NBR-7480/85 e NBR-7482/90: Bitola para aos para CA: O dimetro da barra ou fio, com valor arredondado em mm, obtido em funo do peso da barra por comprimento para a massa especfica de 7,85 g/cm3, com as respectivas tolerncias. (6% para >10 mm; 10 % para

Fotografias apresentando um vergalho de ao CA-25 e um feixe de CA-50 produzidos pela Belgo Mineira (fonte catlogo digital da Belgo-Mineira).

O comprimento usual das barras de vergalhes de 11 m com uma tolerncia de 9%.

Existem siderrgicas no mercado que produzem vergalhes para concreto pela fuso de ao reciclado de sucata e, para acertar a composio qumica de origem to diversificada e para melhorar as caractersticas mecnicas, adicionam mangans at cerca de 0,4%, tendo como conseqncia uma reduo drstica do patamar de escoamento.

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Aos encruados a frio CA-60: H diversos processos para se obter um aumento de resistncia do ao mediante encruamento frio. Tais processos podem ser classificados de acordo com a solicitao a que submetido o ao no tratamento, a saber: por trao, por toro, ou por compresso. Os aos trefilados pertencem a 1a. categoria. No processo de trefilao h uma compresso diametral do fio durante a sua passagem pela fieira, e uma trao elevada, ambas responsveis pela mudana de textura do ao e pelo aumento de sua resistncia. Observa-se que o aumento de resistncia conseguido custa de uma grande diminuio da tenacidade. De fato, o alongamento de ruptura abaixa de 20% para 6 a 8%. Nos aos encruados por trao, o processo de fabricao semelhante em todos os tipos; o ao encruado a frio por toro combinada com trao. Havendo defeitos no material, ele rompe por ocasio do encruamento, o que torna o processo de fabricao um verdadeiro ensaio de deteco de defeitos. Uma toro exagerada ou trao excessiva podem encruar demasiado o material, que ter uma resistncia muito elevada, mas ductilidade insuficiente (alongamento de ruptura muito baixo). A toro poder tambm produzir tenses elevadas nas nervuras, ocasionando sua ruptura na aplicao, durante o dobramento da barra. Uma das grandes vantagens dos aos encruados que, pelo aumento da aderncia, podem ser usadas tenses de trabalho, sem perigo de fissurao prejudicial.

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Nos aos encruados por compresso, as deformaes produzidas no material, so feitas em duas direes perpendiculares que, ao achatarem os gros, ocasionam um aumento de comprimento na direo do eixo da barra. Todos estes processos buscam elevar a resistncia de escoamento do ao. Geralmente as matrias primas so aos CA-25 ou CA-32 que so transformados em CA-60.

O comprimento usual das barras de vergalhes de 11 m com uma tolerncia de 9%. Os aos CA-60 podem ser fornecidos em rolos com cerca de 2.000 m.

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Fotos apresentando aos CA-60 produzidos pela Belgo-Mineira (fonte catlogo digital).

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4.3.1) AOS PARA CONCRETO PROTENDIDO - patenting

Os aos patenting so usados no concreto protendido, so fios submetidos a processos de tratamento trmico aps o seu encruamento a frio por trefilao. Por ocasio do resfriamento, o fio adquire uma estrutura cristalina fina, muito apropriada ao subseqente encruamento a frio por trefilao. O material, aps decapagem em banho de cido, trefilado em fieiras ao dimetro desejado, por uma ou mais passagens. Para alvio de tenses, usa-se em geral reaquecer o fio e resfria-lo novamente em banho de chumbo lquido (ou estanho); porm, em tempo muito reduzido para no perder o encruamento. Os fios para concreto protendido, (para uso isolado ou para compor cordoalhas), tem a seguinte composio qumica prevista pela NBR-7482/90: 0,60 a 0,90% de C, 0,5 a 0,9% de Mn e 0,1 a 0,35% de Si, Max. 0,05 % de S e mximo 0,05 % de P. As bitolas mais comuns so de 3,5 a 9 mm, em alguns casos at 10 mm. Como difcil a produo de fios de ao com dimetros superiores a 7 mm, para o caso de grandes cargas em estruturas protendidas podem ser usadas cordoalhas e cabos de ao que so compostos de vrios fios (2, 3 ou 7 fios).

Fotografias apresentando cordoalhas produzidas pela Belgo-Mineira. (Fotos catlogo digital da Belgo)

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Nestes aos no permitida a emenda por solda ou qualquer outro processo, so fios no dobrveis, s aceitam curvas suaves e tem tambm em sua composio qumica teores maiores de carbono e mangans que ao aos para concreto armado.Concreto protendido (fios e cordoalhas): CP-150RN; CP160RN; CP-170RN; CP-175RN; CP180RN; CP-190RN; CP-150RB; CP160RB; CP-170RB; CP-175RB; CP180RB e CP-190RB; Assim temos a seguinte interpretao para o exemplo CP-160 RN: CP concreto protendido; 160 tenso de ruptura trao mnima de 160 kgf/mm; RN Relaxao normal; Exemplo CP-180 RB: CP concreto protendido; 180 tenso de ruptura trao mnima de 180 kgf/mm; RB Relaxao normal; Da mesma forma a ABNT, classifica as cordoalhas, que podem ser compostas de 2, 3 ou sete fios, tambm acompanhada das siglas RN e RB. Os fios e cordoalhas de ao para concreto protendido so muito sensveis corroso (devido a serem parcialmente encruados), sempre devem ser armazenados em local coberto e no caso de serem molhados, devem ser obrigatoriamente desbobinados, enxutos e novamente enrolados. Normalmente uma oxidao superficial uniforme que possa ser removida com a mo ou com um pano grosseiro aceitvel. Os arames ou fios aliviados (RN) apresentam as seguintes propriedades: - O valor mnimo da tenso a 1% de alongamento ou do limite a 0,2% de deformao permanente de 85% do limite de resistncia mnimo especificado; - O alongamento aps a ruptura em 10 mnimo: CP-150 RN = 6% CP-160 RN = 5% CP-170 RN = 5%

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- Mdulo de elasticidade mdio de 21.000 kgf/mm2. - Perda mxima por relaxao aps 1.000 h a 20 C de: 5% para tenses de 70% do limite de resistncia mnima; 8,5% para tenses de 80% do limite de resistncia mnima; Os fios de relaxao baixa (RB) apresentam as seguintes propriedades : - O valor mnimo da tenso a 1% de alongamento ou do limite a 0,2% de deformao permanente de 90% do limite de resistncia mnimo especificado. - O alongamento sobre a carga em 600 mm de no mnimo 3,5 %. - Mdulo de elasticidade mdio de 21.000 kgf/mm2. - Perda mxima por relaxao aps 1.000 h a 20C de: 2 % para tenses de 70% do limite de resistncia mnima; 3 % para tenses de 80% do limite de resistncia mnima; - Maiores resistncias fadiga e corroso que os aos RN. As cordoalhas de relaxao normal (RN) apresentam as seguintes propriedades: - O valor mnimo da tenso a 1% de alongamento ou do limite a 0,2% de deformao permanente de 85% do limite de resistncia mnimo especificado. - O alongamento sobre a carga em 600 mm de no mnimo 3,5 %. - Mdulo de elasticidade mdio de 19.500 kgf/mm2. - Perda mxima por relaxao aps 1.000 h a 20C de: 7 % para tenses de 70% do limite de resistncia mnima; 12 % para tenses de 80% do limite de resistncia mnima; As cordoalhas de relaxao baixa (RB) apresentam as seguintes propriedades: - O valor mnimo da tenso a 1% de alongamento ou do limite a 0,2% de deformao permanente de 90% do limite de resistncia mnimo especificado.

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- O alongamento sobre a carga em 600 mm de no mnimo 3,5 %. - Mdulo de elasticidade mdio de 19.500 kgf/mm2. - Perda mxima por relaxao aps 1.000 h a 20C de: 2,5% para tenses de 70% do limite de resistncia mnima; 3,5 % para tenses de 80% do limite de resistncia mnima; - Maiores resistncias fadiga e corroso que os aos RN. Cordoalhas engraxadas:

Produzidas no Brasil pela Belgo-Mineira, so cordoalhas com as mesmas caractersticas das comuns de 7 fios, com a adio de um revestimento de PEAD-polietileno de alta densidade, impermevel gua, extremamente resistente e durvel, extrudado diretamente sobre a cordoalha j engraxada em toda a sua extenso, e que permite livre movimentao da cordoalha em seu interior. Tem como vantagem sobre as cordoalhas comuns a possibilidade de aplicao sem estar dentro de bainhas, fato que permite uma montagem mais fcil e eficiente, pois torna vivel coloca-las em peas de com menor altura, especialmente em lajes.

Cordoalhas engraxadas para concreto protendido, produzidas pela Belgo-Mineira

(fonte catlogo digital).

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Normas Brasileiras: NBR-6349/91 - Fio, barra e cordoalha de ao para armaduras de protenso - Ensaio de trao (MB-864). NBR-7482/90 - Fios de ao para concreto protendido (EB-780). NBR-7483/90 - Cordoalhas de ao para concreto protendido (EB-781). NBR-7484/91 - Fios, barras e cordoalhas de ao destinados a armadura de protenso - Ensaio de relaxao isotrmica (MB-784). 5) EMENDAS DE ARMADURAS PARA CONCRETO ARMADO - Os vergalhes para uso em concreto armado (8 mm), so fornecidos em comprimentos limitados, geralmente de 10 a 12 metros, para facilitar o transporte e manuseio. Em vista disso, em algumas situaes recomendvel que se faam emendas, no local da obra. As causas que justificam as emendas so:

a) Aproveitamento de sobras com comprimento pequeno; b) Reduo da densidade de ao em peas, para possibilitar uma melhor

concretagem; c) Aumentar o comprimento das barras para armaduras muito longas; d) Restaurao de peas de concreto armado ou esperas danificadas.

As emendas em armaduras, sempre devem ter resistncia trao igual ou superior a das barras originais. A verificao trao das emendas normalizada pela NBR-8548/84. As formas para a emenda de barras para concreto armado so: a) Emendas por soldas: As soldas podem ser de topo ou por traspasse (de topo so usadas para bitolas iguais ou superiores a 10 mm).

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As soldas por traspasse so mais usadas em bitolas finas (

a.2) Solda eltrica a arco, com eletrodos revestidos : Pode ser aplicada para a emenda de esperas (peas j concretadas). feita com o uso de mquinas de soldar a arco, geralmente de corrente contnua, com a aplicao manual de eletrodos de ao revestidos. Tem custo mais alto que a solda por resistncia comumente usada em situaes de peas com taxa de armadura excessiva. As soldas eltricas podem ser feitas pelo topo das barras, cortando em ngulos (60) as extremidades de ambas as peas e preenchendo com sobras laterais com o eletrodo metlico. Esta tcnica s se justifica em barras de bitolas maiores (20 mm ou mais).

SOLDA DE TOPO COM ELETRODO

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A soldagem pode ser feita tambm por traspasse entre as barras a serem unidas, preenchendo com o eletrodo um comprimento no mnimo de 5 dimetros a partir da extremidade de cada uma das peas, com 5 dimetros de intervalo. (Usada mais para bitolas finas < 16 mm)

SOLDA POR TRASPASSE Outra forma de soldagem com eletrodo, a utilizao de duas barras laterais (podem ser de dimetro menor), com comprimento mnimo de 11 dimetros, unindo-as com as barras principais (encostadas pelo topo), ao longo de 5 dimetros, a partir de cada uma das extremidades das barras justapostas. (Usadas mais em bitolas finas < 16 mm)

SOLDA COM BARRAS JUSTAPOSTAS mais raro o uso de soldas por traspasse, em comparao com as soldas de topo, pelo fato de bitolas menores serem de fcil aproveitamento em estribos e peas menores e usualmente dimetros menores que 8 mm so de ao tipo B, (encruado) que perde muita resistncia mecnica com a recristalizao causada pelo calor.

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b) Emendas com dispositivos mecnicos : So emendas bastante mais onerosas, porm mais prticas (rpida aplicao) que as feitas com soldas, seu uso fica limitado as barras de grande dimetro (diam.>20 mm). A emenda feita por luvas fixadas mecanicamente (macacos hidrulicos ou mecnicos) aos topos das barras, luvas estas que podem ser separadas e conectadas por rosqueamento.

EMENDA COM LUVA METLICA PRENSADA LATERALMENTEAPLICAO, NO

LOCAL DE LUVA METLICA COM MACACO HIDRULICO

6) TIPOS DE RUPTURA ESPECIAIS 6.1) FLUNCIA A caracterstica tenso-deformao dos materiais depende do tempo, como mostra esquematicamente a figura a seguir. Quando um metal solicitado por uma carga, imediatamente sofre uma deformao elstica e, num curto perodo de tempo, ocorrem ajustamentos plsticos adicionais no ponto de tenso ao longo dos contornos de gros e defeitos. Aps estes ajustamentos iniciais continua a haver uma deformao que progride lentamente com o tempo, denominada fluncia: tal deformao continua at ocorrer um estrangulamento, com a conseqente reduo de rea transversal reta. Aps

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esta estrico e at a ruptura, a velocidade de deformao aumenta em virtude da reduo a rea que suporta a carga. Figuras:

a) O ao resiste mais a um carregamento imediato que uma carga de longa durao.

b) As deformaes plsticas aumentam com o tempo e podem levar o material

a ruptura.

(a) (b) A fluncia s significativa quando a tenso superior a um certo limite (em geral, cerca da metade da resistncia de escoamento) e ser tanto mais acentuada quanto maior a tenso. tambm importante no estudo da fluncia, a temperatura a que est sujeito o ao. Sendo a fluncia um fenmeno lento que leva, s vezes, milhares de horas para se completar, deve-se indicar o tempo na apresentao dos resultados dos ensaios. A fluncia se da de duas maneiras:

a) A tenso constante; b) A comprimento constante.

No primeiro caso (s = constante)`, fcil medir-se a fluncia, pois basta determinar o alongamento correspondente).

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No segundo caso (L = constante pela fixao das extremidades), haver uma queda de tenso ao se dar a fluncia. Temos, ento, de medir a tenso. Podemos fazer essa determinao, indiretamente, com o dispositivo mostrado na figura a seguir. Tem-se a barra de comprimento L inicial. Depois estirada com a fora P (deformao imediata) ela fica com comprimento L e, ento suas extremidades so ancoradas, de modo a manter-se constante o comprimento L, por intermdio de porcas e calos. Imediatamente aps esta operao, se quisermos retirar o calo entre a chapa e a porca, devemos aplicar axialmente uma fora Pmaior que P a fim de afrouxar o calo. Decorridas algumas horas, verificamos que para retirar o calo basta que apliquemos uma fora P menor que P, o que significa que a tenso na barra diminuiu. Podemos, ento, ir verificando a queda de tenso na barra. Est comprovado experimentalmente que o efeito da fluncia a comprimento constante menor e d-se muito mais rapidamente do que com tenso constante. Verificou-se tambm que h diminuio da fluncia quando, previamente, aplica-se, durante um curto perodo de tempo uma tenso maior que a desejada. Assim, a fim de reduzir o efeito da fluncia, pode-se estirar a barra de ao inicialmente com uma fora maior do que a que vai solicita-la permanentemente e, depois de poucos minutos, baixa-la ao valor previsto, ancorando ento a barra. 6.2) FRATURA - Podemos ter dois tipos de fratura dos materiais: a fratura dctil, na qual a deformao plstica continua at uma reduo cerca de 100 % na rea e a fratura frgil, na qual as partes adjacentes do metal so separadas por tenses normais superfcie da fratura. Como a fratura frgil no produz deformao plstica, ela requer, menos energia que uma fratura dctil, na qual se consome energia na formao de discordncia e outras imperfeies no interior dos cristais. O risco de fratura frgil se apresenta principalmente nos aos destinados protenso. chamada corroso sob tenso. A fissura se inicia na superfcie e est situada em um plano normal direo da mxima trao. No interior a fissura segue normal nos aos cuja estrutura istropa (revenidos) enquanto que nos trefilados se ramifica na direo do eixo.

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Todas estas rupturas apresentam caractersticas comuns; uma parte escura (que corresponde ao perodo de propagao lenta da fissura) onde se encontra Fe3 O4 entre os xidos; uma zona central plana; caracterstica das rupturas macroscopicamente frgeis e um contorno perifrico inclinado, mais ou menos a 45, tpico de ruptura produzida por esforo cortante. Dada a importncia desta ruptura, formou-se em 1970 um comit misto RILEM FIP CEB que estuda o fenmeno, tentando reproduzi-lo em laboratrio com o ensaio de NH4 SCN. 6.3) FADIGA - Existem vrios exemplos documentados de rupturas de eixos rotativos de turbinas e de outros equipamentos mecnicos que permaneceram em operao durante muito tempo. A explicao comum de que o metal ficou cansado e rompeu por fadiga mais apropriada do que pode parecer primeira vista, particularmente quando se sabe que as tenses que aparecem nos metais so alternativas. A tenso que um material pode suportar ciclicamente muito menor que a suportvel em condies estticas. A resistncia de escoamento, que uma medida da tenso esttica sob a qual o material resiste sem deformao permanente, pode ser usada como um guia apenas para estruturas que operam em condies de carregamento esttico. A figura a seguir mostra o nmero de ciclos que antecedem a ruptura de um ao solicitado por tenses alternadas. A fim de aumentar o nmero de ciclos de tenso possveis em uma mquina, necessrio superdimensiona-la. Felizmente muitos materiais apresentam nveis de tenso que permitem um nmero quase infinito de ciclos sem ruptura. O nvel de tenso mxima antes da ruptura, representado pela parte horizontal da curva na figura recebe o nome de limite de resistncia fadiga.

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Curva de tenso nmero de ciclos para um lote de barras de ao trabalhado a quente. Tenses baixas permitem mais ciclos: no limite de resistncia fadiga o nmero quase infinito. Mecanismo da fadiga A diminuio na carga mxima possvel, sob aplicao cclica da carga diretamente atribuda ao fato do material no ser um slido idealmente homogneo. Em cada meio ciclo, produz-se pequenssimas deformaes que no so totalmente reversveis. Uma observao cuidadosa indica que a ruptura por fadiga ocorre segundo as seguintes etapas :

1) O tensionamento cclico causa deformaes frio e escorregamentos localizados;

2) A gradual reduo da ductilidade nas regies encruadas resulta na deformao de fissuras submicroscpicas;

3) O efeito de entalhe das fissuras concentra tenses at que ocorra a ruptura completa.

Portanto, a ruptura por fadiga est relacionada com o fato de, ao invs de ter um comportamento elstico ideal e reversvel do material, ter-se deformao plstica no uniforme. Essas deformaes no reversveis se localizam ao longo dos planos de escorregamento, nos contornos de gros e ao redor de irregularidades de superfcie devidas a defeitos geomtricos ou de composio. Igualmente importante a natureza do acabamento superficial do componente solicitado ciclicamente. As caractersticas da superfcie so muito importantes j que, usualmente a mesma est sujeita a maiores solicitaes que qualquer outra parte. A reduo das irregularidades superficiais nitidamente aumenta a resistncia fadiga, pois entalhes macroscpicos e irregularidades microscpicas causam concentraes de tenso. Esses pontos sofrero deformao plstica com cargas para as quais o material como um todo no se deforma: conseqentemente deve ser grande a preocupao dos engenheiros civis com as superfcies das barras de ao, em especial as destinadas a concreto protendido.

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Durante o seu transporte e armazenagem no canteiro de obra, assim como na montagem da armadura na pea estrutural, pode ocorrer entalhes que iro comprometer o desempenho futuro do material. Norma Brasileira : NBR-7478/77 - Mtodo de ensaio de fadiga de barras de ao para concreto armado (MB-1108). 6.4) CORROSO - A corroso do ao dentro do concreto um processo eletroqumico, ou seja, uma reao qumica, que ocorre em um eletrlito quando existe uma diferena de potencial. Essa oxidao denominada corroso generalizada, pois d-se numa regio, reduzindo a seo transversal da barra. Se houver ruptura esta do tipo dctil. No concreto protendido tambm pode ocorrer este tipo porm, mais comum e perigosa (porque no avisa e rompe em segundos) a corroso sob tenso citada em 6.2, que d uma ruptura do tipo frgil em uma nica seo. Na corroso generalizada, a formao de xidos s possvel nas seguintes condies:

a) Deve existir um eletrlito A gua geralmente est presente no concreto em quantidades suficientes para tal, principalmente nas regies da obra expostas intemprie. Como certos componentes do cimento hidrtatado, entre eles o xido de clcio (CaO) que solvel em gua, forma nos poros e capilares uma soluo saturada desse produto que constitui um bom eletrlito.

b) Deve existir uma diferena de potencial necessrio que se forme nodos

e ctodos. Essa diferena de tenso entre pontos prximos da armadura podem originar-se por causas muito diferentes, entre elas; a diferena de composio qumica do ao, a solicitaes mecnicas diferentes no concreto, a diferenas de aerao devido maior ou menor compacidade do concreto e vrios outros fatores.

c) Pode existir oxignio Para o ao, alm do eletrlito representado pela gua

deve haver oxignio para que acontea a reao de formao da ferrugem (hidrxido frrico);

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4Fe + 3 O2 + 6H2O 4 Fe (OH)3

d) Podem existir elementos agressivos A formao de ferrugem pode ser

acelerada por elementos agressivos contidos ou absorvidos pelo concreto. Entre eles podemos citar os ons sulfatos (SO4), os ons cloro (Cl ) e o CO2 agressivo. O gs carbnico agressivo CO2, denomina-se a quantidade deste gs dissolvido na gua, porm no combinado na forma de carbonatos. Nestas condies ele no permite a formao de uma pelcula passiva protetora do ao e a corroso agravada. Quando h cloro ocorre a seguinte reao :

Fe +++ + 3Cl FeCl3 e por hidrlises FeCl3 + 3OH Fe(OH)3 +Cl e a reao continua sem consumir o on cloro. Portanto como se v, pequenas quantidades de cloro podem ser responsveis por grandes corroses. Uma das vantagens do concreto armado que ele pode, por natureza e se bem executado proteger a armadura da corroso. Essa proteo se baseia no impedimento da formao de ons de ferro, pelos seguintes motivos :

a) Proteo fsica Um bom cobrimento das armaduras, com um concreto denso e compacto, garante proteo do ao ao ataque de agentes agressivos externos (poluio atmosfrica, guas residuais, guas industriais, dejetos orgnicos, etc.).

b) Proteo qumica Em ambiente alcalino se forma uma capa protetora

passiva. A alcalinidade deriva da cal livre (CaO) que se forma da reao de hidratao do cimento contido no concreto, e que se dissolve na gua dos poros formando o hidrxido de clcio Ca(OH)2, bsico. O Ca(OH)2 tem um PH aproximadamente 12,6 que proporciona ao ao uma capa de xido que evita a dissoluo andica do ferro. O efeito do concreto consiste em proteger esta camada contra danos mecnicos e proporcionar sua estabilidade qumica. Fica claro portanto que a corroso do ao de estruturas de concreto est diretamente relacionada qualidade de execuo da pea estrutural, qualidade que comea no projeto estrutural e encontra seu pice na eleio dos materiais e controle da execuo.

Figura :

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7) CRITRIOS DE ACEITAO DE AO PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO Vimos de uma forma resumida como se compe, se comportam e se rompem os aos para concreto armado e protendido. Esses conhecimentos so fundamentais para o melhor emprego desses materiais e para a compreenso dos fenmenos relacionados com sua utilizao. No entanto no dia a dia da atividade profissional esses conhecimentos servem para a sustentao das decises que so tomadas a partir de regras prticas consagradas. Essas regras so traduzidas em normas, especificaes e mtodos de ensaio que fornecem o mnimo indispensvel para a correta utilizao do material. No Brasil, atualmente, a Associao Brasileira de Normas Tcnicas, ABNT, quem se encarrega da normalizao de aos para estruturas de concreto armado e protendido. Essa normalizao transparece na forma de Normas Brasileiras, NBR, onde so reomendados os critrios para o clculo, a execuo e o controle das estruturas onde se emprega o ao. A NBR-7480/85 (EB-03), estabelece os ensaios relativos aceitao ou rejeio de um lote de ao. A amostragem feita separando a quantidade total de ao em lotes de 500 kg por bitola, para as categorias CA-25 e CA-32, ou lotes de 300 kg por bitola para as demais categorias. De cada lote separada uma barra, e da mesma extraido de uma extremidade um segmento de 2 m o qual ser a amostra representativa do lote. Da-se a aceitao do lote quando todos os ensaios forem satisfatrios. Quando um ou mais resultados indicarem insuficincia, a barra da qual foi retirada a amostra deve ser rejeitada. A fim de se possibilitar a eventual aceitao do lote, sero retiradas de duas novas barras do mesmo lote, novas amostras (como corpo de contra-prova). O lote ser aceito se todos os resultados obtidos com as duas novas amostras forem suficientes, em caso contrrio o lote ser rejeitado. Se mais de 20% dos lotes forem

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rejeitados, o fornecimento total ser rejeitado ou desclassificado para uma categoria inferior. Vamos estudar a seguir, cada ensaio em particular, fornecendo ao final de cada um os ndices mnimos que devem atender os resultados obtidos. Aqui cabe uma explicao bvia, porm necessria. Ao se julgar uma determinada propriedade de um material a partir de um resultado de ensaio corremos o risco de tomar uma deciso errada, aceitando um mau ao ou rejeitando um bom, porque os ensaios so sempre feitos em base a uma amostra de um lote que se supe de mesmas caractersticas. Esse risco inevitvel e pode ser minorado com o aumento do nmero de exemplares (corpos de provas) de uma amostra. Esse nmero de exemplares que comporo uma amostra representativa de um lote, est estabelecido nas NBR. Portanto sempre que analisarmos um ensaio, e, ao final fixarmos o ndice mnimo que deve atender, este ndice refere-se composio (valor mdio, valor caracterstico associado a um quantil, valor mnimo de nmero de exemplares, etc.) de todos os resultados obtidos de cada exemplar da amostra e no a um resultado isolado. Antes de entrarmos nos ensaios, por questes de uniformizao de linguagem, vamos adotar a nomeclatura recomendada pela NBR-6152/80 : Es mdulo de deformao longitudinal; fy resistncia de escoamento do ao trao; fyk resistncia caracterstica do ao trao; fyd resistncia de clculo do ao trao; fyc resistncia de escoamento do ao compresso; fyck resistncia caracterstica do ao compresso; fycd resistncia de clculo do ao compresso; dimetro da armadura; s coeficiente de minorao da resistncia do ao; s deformao especfica do ao; y deformao especfica de escoamento do ao; b coeficiente de conformao superficial das barras da armadura, suposta igual a um para barras lisas; s tenso normal de trao na armadura.

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8) PRINCIPAIS ENSAIOS PARA OS AOS -

a) Determinao das propriedades mecnicas trao de materiais metlicos : NBR-6152/80 (MB-4/77). Este mtodo de ensaio descreve a forma de se obter a curva tenso x deformao de um ao, assim como medir o mdulo de elasticidade ou mdulo de deformao longitudinal Es. Essas propriedades so determinadas a partir do ensaio de trao em corpos de provas de dimenses padronizadas. Neste ensaio a rea da seo inicial medida atravs da densidade do ao, admitida constante e igual a 7,85 kg/dm, a massa do corpo de prova e seu comprimento total a ser ensaiado. Isto muito til e prtico porque na maioria dos casos a existncia de nervuras, mossas e outras salincias impedem a determinao da rea inicial atravs de medida direta do dimetro da barra. A curva tenso deformao traada a partir dos dados obtidos da prpria mquina de ensaio, sendo a carga fornecida por dinammetro e a deformao medida por meio de um extensmetro. Estes podem ser mecnicos, pticos, eltricos ou eletrnicos. O mais simples e mais utilizado o extensmetro mecnico com relgio comparador. Esse tipo de extensmetro consiste de um micrmetro com preciso de 0,001 mm montado em um dispositivo formado por dois tubos metlicos interpenetrntes, contendo cada um uma garra que o fixa ao corpo de prova. A trao feita at a ruptura do corpo de prova obtendo-se para cada material o seu diagrama tenso x deformao tpico. O resultado obtido de um corpo de prova no define por si s as propriedades do ao que est sendo julgado. Esse resultado apenas o resultado de um exemplar da amostra que representa um determinado lote de material de mesmas caractersticas. Portanto sempre necessrio estudar-se o conjunto de resultados obtidos de todos os exemplares de uma amostra para poder concluir a respeito da conformidade ou no do lote e das caractersticas e propriedades exigveis que esto especificadas na NBR correspondente.

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Como o diagrama tenso x deformao obtido, temos, para um ao classe A, laminado a quente; por exemplo CA-50 A; Nesse diagrama observa-se :

- a deformao proporcional tenso at atingir um determinado ponto; - verifica-se que a parir da as deformaes so crescentes apesar da carga no

sofrer aumento. o chamado patamar de escoamento; define-se aqui a resistncia de escoamento do ao trao, fy ;

- aumentando-se a carga, a deformao cresce at atingir a mxima tenso em A; chamada limite de resistncia;

- a partir de A, mesmo com diminuio da carga, as deformaes continuam a crescer at a ruptura do material em B, denominada tenso de ruptura.

Na realidade o ponto B indica uma tenso aparente de ruptura porque, em todos os pontos a tenso obtida dividindo-se a carga pela rea da seo transversal inicial. Como Vimos anteriormente esta rea diminui devido ao fenmeno da estrico, se a cada instante fosse feito o clculo pela rea real e a tenso real, a curva teria o aspecto tracejado e romperia em C. Para o ao da classe B, estirados frio, no h escoamento e as tenses, crescem de modo contnuo com as tenses, at a ruptura. Para emprego em concreto armado interessa-nos a resistncia de escoamento do ao fy qual corresponde a uma deformao que no interessa ultrapassar. Esta deformao vem limitada pela fissurao do concreto cm prejuzos estticos e de durabilidade.

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Portanto neste caso a resistncia de escoamento calculada convencionalmente como a tenso correspondente deformao permanente de 0,2 % e o diagrama obtido no ensaio tem o seguinte diagrama tenso x deformao tpico para um ao, por exemplo CA-60:

Normalmente admite-se que o comportamento compresso do ao o mesmo que trao, desde que seja afastado o perigo da flambagem.

Os valores obtidos dos vrios exemplares de uma amostra, referente a um lote, devem ser submetidos aos critrios da NBR-7480 (EB-03) e atenter a : Categoria Resistncia caracterstica Tenso de Alongamento em do ao trao fy ruptura 10 dimetros MPa Kgf/cm

CA 24 240 2.400 1,3 x fy 18 % CA 32 320 3.000 1,3 x fy 14 % CA 40 400 4.000 1,1 x fy 10 % CA 50 500 5.000 1,1 x fy 8 % CA 60 600 6.000 1,1 x fy 5 % O ensaio de trao para aos de concreto armado deve obedecer a NBR-6152/80 (MB-4/77).

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As amostras devero ter 10 dimetros de comprimento como parte til, acrescidos do necessrio para a fixao na prensa. A prensa dever desenhar o diagrama tenso/deformao e possuir um marcador de tenses.Devero ser medidos a tenso de escoamento (real ou convencional) e o alongamento em 10 dimetros para cada amostra e verificados se satisfazem aos mnimos da NBR O alongamento aps a ruptura, em porcentagem, definido por: Alongamento = [(L Lo) x 100 ]/ Lo Lo = comprimento inicial L = comprimento do C.P. rompido.

Para determinao do comprimento inicial Lo devem ser feitas duas marcas como referncia na parte til do corpo de provas. Deformao permanente a deformao residual, em porcentagem, observada em um corpo de provas no rompido aps a retirada da carga. Estrico a relao entre a reduo de rea de ao e a rea inicial do corpo de provas. Estrico = = [(So S) x 100 ]/ So So = rea inicial S = rea do C.P. rompido na seco estrita. No projeto das estruturas de concreto armado, por facilidade e simplicidade de clculo, o diagrama tenso x deformao real dos aos substitudo por um diagrama fictcio, mais simples, onde o material admitido homogneo.

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Nestas condies s se utilizam os valores da resistncia caracterstica do ao trao, fyk, calculada a partir dos fy obtidos dos exemplares da amostra. Estes valores so ainda minorados por diversas razes tais como, correlao ensaio-pea estrutural, posicionamento das armaduras, etc, cujo coeficiente de minorao dado na NBR-6118 (NB-1) s = 1,15. Com relao s caractersticas geomtricas devem atender segundo a NBR-7480 (EB-03) o seguinte : BITOLA Valor nominal utilizado Valor real utilizado pelos tecnologistas pelos projetistas de C.A.. de materiais de construo para controle Fios Barras rea da seo Peso linear Permetro Peso linear Peso linear Peso linear Peso linear Peso linear em cm em kgf/m em cm min. (-10%) min. (-6%) exato mx.(+6%) mx.(+10%) I II III IV V VI VII VIII IX X 3,2 - 0,060 0,063 1,00 - 0,0586 0,0624 0,0661 - 4,0 - 0,125 0,100 1,25 - 0,0929 0,0988 0,1050 - 5,0 5,0 0,200 0,160 1,60 1,410 0,1470 0,1570 0,1660 0,172 6,3 6,3 0,315 0,250 2,00 0,223 0,2330 0,2480 0,2630 0,273 8,0 8,0 0,500 0,400 2,50 0,354 0,3700 0,3930 0,4170 0,433 10,0 10,0 0,800 0,630 3,15 - 0,5860 0,6240 0,6610 - - 12,5 1,250 1,000 4,00 - 0,9290 0,9880 1,0500 - - 16,0 2,000 1,600 5,00 - 1,4700 1,5700 1,6600 - - 20,0 3,150 2,500 6,30 - 2,3300 2,4800 2,6300 - - 25,0 5,000 4,000 8,00 - 3,7000 3,9300 4,1700 - - 32,0 8,000 6,300 10,00 - 5,8600 6,2400 6,6100 - - 40,0 12,500 10,000 12,50 - 9,2900 9,8800 10,5000 - Por sua vez o mdulo de deformao longitudinal para o ao admitido como constante e igual a Es=210.000 MPa (Es=2.100.000 kgf/cm). Esquematicamente temos - Observao : s = 1,15 sempre que sejam obedecidas as prescries da NBR-7480/85 (EB-3) quanto ao controle de qualidade; s = 1,25 quando no for realizado o controle de qualidade; s = 1,2 x 1,15 ou 1,2 x 1,25 quando a pea estiver sujeita ao prejudicial de agentes externos tais como cidos, guas agressivas, temperaturas muito altas ou muito baixas etc.

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AO CA-50 Diagrama Real Obtido do Material :

E = tg Desconhecimentos : fyd = fyk / s Diagrama simplificado adotado no clculo : E = constante = tg fycd = fyd

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AO CA 60 Diagrama Real Obtido do Material :

Dos exemplares 1,2,3, .... n, obtm-se E = tg Desconhecimentos : fyd = fyk / s Diagrama simplificado adotado no clculo : E = constante = tg fycd = fyd

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b) Ensaio de dobramento : O ensaio de dobramento deve obedecer a NBR-6153/80 (MB-5/77), consiste em efetuar um dobramento de 180 em torno de um cutelo (ou pino cilndrico) de dimetro prefixado. A amostra deve suportar o dobramento sem ruptura ou fissurao. O dimetro do cutelo depende da bitola da amostra ensaiada. Em grande parte das ocasies, as quebras de aos em obra deve-se ao raio de curvatura inadequado. A fissurao ou o quebramento em geral so decorrentes de excesso de carbono na liga.

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Os dimetros dos cutelos em mm para 180 graus so:

Categoria Bitola Bitola < 25mm >= 25mm CA-25 1 diam. 2 diam. CA-32 2 diam. 3 diam. CA-40 3 diam. 4 diam. CA-50 4 diam. 5 diam. CA-60 5 diam. --

c) Ensaio de trao em aos para concreto protendido: Para aos de concreto protendido a NBR-6349/91 (MB-864) trata do ensaio de trao. A velocidade do ensaio no deve exceder uma variao de tenso nominal de 3 kgf/mm2 por segundo (dentro do domnio elstico). As dimenses dos corpos de prova devem ser de:

- Parte til com 200 mm para fios, total 500 mm; - Parte til com 200 mm para cordoalhas para a determinao do

alongamento, total 900 mm; Dados importantes a determinar:

- Carga ou tenso a 1% de alongamento; - Alongamento aps a ruptura; - Alongamento uniforme ou fora estrico; - Alongamento sob carga (para cargas acima de 10% da carga de ruptura); - Diagrama de trao (tenso/deformao); - Mdulo de elasticidade (no domnio elstico);

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e) Ensaio de relaxao isotrmica : O ensaio de relaxao isotrmica, feito para os aos para concreto protendido, deve obedecer a NBR-7484/91 (MB-784). Este ensaio, embora no seja um ensaio comum de recebimento, muito importante para o estudo do fenmeno da fluncia em aos para concreto protendido. Relaxao isotrmica a perda de carga ocorrida em um corpo de prova submetido a uma carga inicial dada e mantido a comprimento e temperatura constantes. Ela expressa em % da carga inicial para uma determinada temperatura e durao. A amostra a ser retirada deve permitir a extrao de trs corpos de provas (o tamanho depende da mquina de ensaio, no devendo ser inferior a 40 dimetros). A temperatura do ensaio dever ser de 20C1C, sendo feitas diversas leituras de cargas: a 1 a um min., 2 a 3 min., ..., 10 a 2 horas, ..., 15 a 72 horas, ..., 19 a 500 horas e 20 a 1000 horas. Submetendo um corpo de provas a trao constante, a temperaturas de constantes (20C), com diversas cargas, anotando o alongamento no tempo, pode-se desenhar um grfico com a determinao da perda de carga por relaxao e a resistncia fluncia. A resistncia fluncia a carga esttica mxima que pode suportar indefinidamente uma amostra, sem que ocorra a ruptura.

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Valores de Relaxao ou % de perda de tenso, para os aos nacionais mais comuns : Designao Relaxao para % da carga mnima de ruptura 70 % 80 % CP-150 RN 5,0 % 8,5 % CP-160 RN 5,0 % 8,5 % CP-170 RN 7,0 % 12,0 % CP-175 RN 7,0 % 12,0 % CP-180 RN 7,0 % 12,0 % CP-190 RN 7,0 % 12,0 % CP-150 RB 2,0 % 3,0 % CP-160 RB 2,0 % 3,0 % CP-170 RB 2,0 % 3,0 % CP-175 RB 2,5 % 3,5 % CP-180 RB 2,5 % 3,5 % CP-190 RB 2,5 % 3,5 %

Diagrama de fluncia, ou perda de tenso por relaxao para os aos Belgo-Mineira RN (vermelho) e RB (azul). Cordoalhas nas curvas mais altas e fios nas mais baixas.

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MATERIAIS DE CONSTRUOAOS PARA CONCRETO