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O uso do Aço na Arquitetura 1 Aluízio Fontana Margarido

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Propriedades dos Aços e sua Classificação

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 plásti-ca, 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.

Propriedades em Temperatura Ambiente

1. Curva Tensão – Deformação Específica

f= N/A

ε = l / lE = f / ε módulo de elasticidadeE = 2050 a 2100 tf / cm² ouE = 205.000 a 210.000 MPa

OA = trecho elásticoAB = trecho plásticoBC = trecho de encruamentofu = tensão de rupturafy = tensão de escoamento

ObjetivoConhecer as características mecânicas, principalmente em termos de tensões e deformações

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.



1.1. Curva Tensão – Deformação para os Aços com Vários Valores de Tensões de Escoamento - fy

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.

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 modifica-

ções 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 defor-mação específica = LP/L0

7. Marca-se em gráfico os valores de f X obtendo-se então o diagrama tensão X deformação.

Ensaio de Tração antes da Aplicação da Carga



9. Efeito da Velocidade nos Ensaios Velocidade normal – 7.000 kgf / cm² / minuto

3. TenacidadeTrabalho total até a ruptura = área OABCC1 , (deformação permanente)

5. Coeficiente de Poisson “μ”Et / El = μ μ elástico = 0.3 regime elásticoμ plástico = 0.5 regime plástico

7. Tensão de Ruptura ao Cisalhamento Valor teórico fv = 1/ √ 3 x fyfaixa de variação fv = (2/3 a 3/4) fy

2. ResistênciaTrabalho num regime elástico = área 0AA1, (deformaçãorecuperável)

4. DuctilidadeÉ a medida em termos relativos (%) do alongamento da seção transversal.

6. Módulo de Elasticidade aoCisalhamentoG = E/2(1 + μe)(1300 a 1350) tf/cm² ou (130.000 a 135.000) MPa

8. Critério de Resistência Hencky/ Von Misesfy = 1/2 [(f1 – f2) + (f2 – f3) + (f3 – f1)] (estado triplo) para estado duplo f3 = 0 fy = f1+ f2 – f1f2

a = velocidade 400 micro segundosb = velocidade 800 micro segundosc = velocidade ‘elástica’ (normal)O módulo de elasticidade é sempre constante.

Resumo Propriedades mecânicas

Para efeito de cálculo devem ser adotados os seguintes valores, na faixa normal de temper-aturas atmosféricas:

E = 200.000 MPa, módulo de elasticidade do aço (todos os aços);G = 77.200 MPa, módulo de elasticidade transver-sal 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/m3, massa específica

O uso do Aço na Arquitetura 4 Aluízio Fontana MargaridoCoord. 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

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Aços Estruturais

Tratamentos Térmicos

Tipos de tratamentos

Recozimento: utilizado para remover tensões devido a processos de fundição e conformação mecânica (di-minuir dureza). O resfriamento é lento.

Normalização: semelhante ao recozimento, porém, com resfriamento mais rápido. Os grãos são um poucomenores.

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.

Revenido: é usado logo após a têmpera à temperatu-ras inferiores à zona crítica, modificando a estrutura formada na têmpera. Melhora a ductilidade, reduz a re-sistência à tração, alivia tensões internas.

Endurecimento por precipitação

Cementação: tratado com carbono;Nitretação: tratado com nitrogênio.

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 ___ escoamento kgf / cm²

. aço carbono ___ fy – 2.100 a 2.800

. aço alta resistência - baixa liga ___ fy – 2.800 a 4.900

. aço carbono – baixa liga tratado termicamente___ fy – 3.200 a 7.000

. aço liga tratado termicamente ___ fy – 6.300 a 7.000

fy = tensão de escoamento



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 = CromoMo = Molibdênio V = VanádioNi = Níquel Cu = Cobre

Perda de Espessura em Ambiente Industrial Agressivo

Valores Comparativos



Aços para Perfis, Chapas e Tubos – Série ASTM

fy = tensão de escoamento

fu = tensão de ruptura

A tabela abaixo apresenta os principais tipos de aços estruturais série ASTM usados no Brasil:



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

Obs.: as usinas siderúr-gicas brasileiras produ-zem aços de alta resis-tência mecânica e maior resistência à corrosão atmosférica, sob diversos nomes comerciais, tais como:

COS – AR– COR, CSN COR, USI – SAC , CST COR

fy fu



Tabela

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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.

Ligação feita com rebites - Estação da LuzSão Paulo / SP

Ligação feita com parafusos - Embu - São Paulo - SP

TEN

SÃO

(tf/c

m²)

DEFORMAÇÃO (CM)

Ligação feita com parafusos em estrutura de perfis laminados - Prédio comercial - São Paulo / SP



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