3 - Propriedades mecânicas, classificações, tensões residuais - UN2 - 01A - acos e perfis

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José Luiz Rangel Paes
Gustavo de Souza Veríssimo
Professores do Departamento de Engenharia Civil
da UFV – Campus de Viçosa
Leonardo Carvalho Mesquita
Professor do Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas
da UFV - Campus de Rio Paranaíba
Versão: 2021A
CIVV 3533 –– Estruturass Metálicas
Universidade Federal de Viçosa
Departamento de Engenharia Civil
Viçosa - Minas Gerais
Aços e Perfis Estruturais1
Unidade 2 – Dimensionamento de elementos de 
estruturas de aço
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CIV 353 – Estruturas Metálicas
Unidade 2 - Dimensionamento de Elementos de Estruturas de Aço
Aços e Perfis Estruturais
Versão: 2021A1
Índice
1.1 Considerações preliminares
1.2 Propriedades mecânicas dos aços estruturais
1.4 Aços estruturais utilizados no Brasil
1.5 Classificação dos perfis estruturais
1.6 Tensões residuais
1.3 Classificação dos aços estruturais
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CIV 353 – Estruturas Metálicas
Unidade 2 - Dimensionamento de Elementos de Estruturas de Aço
Aços e Perfis Estruturais
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1.1. Considerações preliminares
Etapas do processo siderúrgico
Fluxograma simplificado do processo siderúrgico – Fonte: Instituto Aço Brasil 
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Ferro (Fe) > 95% Carbono (C) ≤ 2%
Manganês (Mn)
Silício (Si)
Fósforo (P)
Cromo (Cr) Nióbio (Nb)
Níquel (Ni)
Outros
1.1. Considerações preliminares
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1.2 Propriedades mecânicas dos aços estruturais
Curva Tensão x Deformação
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Curva Tensão x Deformação
1.2 Propriedades mecânicas dos aços estruturais
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Propriedades
— Módulo de elasticidade (ou Módulo de Young): Ea = 200000 MPa
— Resistência ao escoamento do aço: fy
— Resistência à ruptura do aço à tração: fu
— Resistência ao escoamento por cisalhamento: fvy ≅ 0,60 fy
— Coeficiente de Poisson: = 0,3
— Módulo de elasticidade transversal: G = 77000 MPa
— Ductilidade
— Resistência à fadiga
— Massa específica: a = 7850 kg/m³
— Peso específico: a = 77 kN/m³
1.2 Propriedades mecânicas dos aços estruturais
200000 77000 MPa
2 1 2 1 0,3
EG
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1.3 Classificação dos aços estruturais
Aços estruturais
Aços-carbono
Aços de baixa liga e alta 
resistência mecânica
Segundo o item A.2.3 do anexo A da ABNT NBR 8800:2008, para que todas as
prescrições desta norma relacionadas ao dimensionamento estrutural sejam válidas,
exige-se que os aços estruturais utilizados possuem resistência ao escoamento
máxima de 450 MPa e relação mínima entre as resistências à ruptura e ao
escoamento (fu / fy) de 1,18.
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1.3 Classificação dos aços estruturais
Aços-carbono
O aço-carbono é uma liga de ferro carbono que contém de 0,008% a 2% de carbono
e possui um sua composição quantidades limitadas de silício, manganês, cobre,
enxofre e fósforo (elementos de liga).
Em função do teor de carbono, os aços-carbono podem ser dividios em três classes:
— Baixo carbono: C ≤ 0,30%
— Médio carbono: 0,30% < C < 0,50%
— Alto carbono: C ≥ 0,50%
Os aços-carbono utilizados na 
construção civil possuem até 0,30% de 
carbono (Baixo carbono)
Apresentam grande ductilidade, 
boa trabalhabilidade e soldagem
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Aços-carbono
Os aços-carbono apresentam resistência ao escoamento entre 230 MPa e 380 MPa e
resistência a ruptura entre 310 MPa e 480 MPa.
1.3 Classificação dos aços estruturais
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Aços de baixa liga e alta resistência mecânica
Os aços de baixa liga e alta resistência mecânica apresentam resistência ao
escoamento entre 290 MPa e 450 MPa e resistência à ruptura mínima entre 415 MPa
e 550 MPa.
As resistências destes aços ficam
mais elevadas que as resistências
dos aços-carbono pela presença de
elementos como silício, nióbio,
cromo, cobre e níquel.
1.3 Classificação dos aços estruturais
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1.4 Aços estruturais utilizados no Brasil
Aços estruturais normalizados pela ABNT
Tabela A.1 do anexo A da ABNT NBR 8800:2008
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Aços estruturais normalizados pela ABNT
Tabela A.1 do anexo A da ABNT NBR 8800:2008
1.4 Aços estruturais utilizados no Brasil
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Aços estruturais de especificação ASTM
Tabela A.2 do anexo A da ABNT NBR 8800:2008
1.4 Aços estruturais utilizados no Brasil
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Aços estruturais de especificação ASTM
Tabela A.2 do anexo A da ABNT NBR 8800:2008
1.4 Aços estruturais utilizados no Brasil
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Aços produzidos pelas usinas siderúrgicas brasileiras
Especificação Qualidade fy [MPa] fu [MPa] Fabricante
USI CIVIL 300 1 300 400 USIMINAS
USI CIVIL 350 2 350 500 USIMINAS
USI SAC 300 3 300 400 USIMINAS
USI SAC 350 4 350 500 USIMINAS
USI FIRE 350 5 350 490 USIMINAS
CSN COR 420 3 300 420 CSN
CSN COR 500 4 380 500 CSN
COS CIVIL 300 1 300 400 COSIPA
COS CIVIL 350 2 350 490 COSIPA
COS AR COR 300 3 300 400 COSIPA
COS AR COR 350 4 350 490 COSIPA
COS AR COR 400 3 250 380 COSIPA
COS AR COR 400E 3 300 380 COSIPA
COS AR COR 500 4 375 490 COSIPA
Qualidade:
1: aço-carbono;
2: aço de baixa liga e alta resistência mecânica;
3: aço-carbono resistente à corrosão atmosférica;
4: aço de baixa liga e alta resistência mecânica
resistente à corrosão atmosférica;
5: aço de baixa liga e alta resistência mecânica
resistente à corrosão atmosférica e ao fogo.
1.4 Aços estruturais utilizados no Brasil
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Aços e Perfis Estruturais
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1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis estruturais
Perfis laminados
Perfis soldados
Perfis tubularesOs perfis estruturais mais utilizados na construção em aço brasileira podem ser
classificados, segundo o processo de fabricação, em:
Perfis formados a frio
Perfis de alma corrugada
Perfis alveolares
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A laminação consiste em modificar continuamente, a frio ou a quente, a seção
transversal de um elemento metálico por meio da passagem deste elemento entre
dois roletes, a fim de modificar sua forma e torná-lo adequado para uma determinada
aplicação.
Perfis laminados
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis laminados
Chapas grossas:
As chapas grossas possuem espessura 
igual ou superior a 4,75 mm e normalmente 
são fornecidas na forma de placas.
Chapas finas: 
As chapas finas possuem espessura inferior a 
4,75 mm e normalmente são fornecidas na 
forma de bobinas.
Uma chapa é especificada por meio do símbolo CH seguido da espessura em milímetros
(Exemplos: CH 16, CH 25).
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Aços e Perfis Estruturais
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Perfis I e H de faces paralelas Perfis I de faces inclinadas
Perfis U Cantoneiras de abas iguais
Perfis laminados
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis I e H de faces paralelas
Alma
Mesa superior
Mesa inferior
Os perfis de faces paralelas são produzidos no Brasil pela Gerdau Açominas,
principalmente em aço ASTM A572-Grau 50.
Os perfis do tipo I e H possuem alturas variando entre 150 e 610 mm e são especificados pela
letra W ou HP, seguido da altura (d) em milímetros e da massa linear (kg/m). Exemplo:
W 200 x 46,1.
Perfis laminados
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis laminados
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Aços e Perfis Estruturais
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Perfil I de faces inclinadas Alma
Mesa superior
Mesa inferior
Os perfis I de faces inclinadas obedecem a uma antiga padronização americana,
sendo fabricado atualmente no Brasil, entre outras empresas, pela ArcelorMittal, em
aços ABNT MR 250, ABNT AR 350, ASTM A36, ASTM A572-Grau 50 e outros.
Os perfis I de faces inclinadas são especificados pelo símbolo I, seguido da altura (d) em
milímetros e da massa linear (kg/m). Exemplo: I 127 x 14,9.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis laminados
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1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis laminados
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Aços e Perfis Estruturais
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Alma
Mesa superior
Mesa inferior
Os perfis U são fabricados no Brasil, entre outras empresas, pela ArcelorMittal e pela
Gerdal Açominas, em aços ABNT MR 250, ABNT AR 350, ASTM A36, ASTM A572-
Grau 50 e outros.
Os perfis U são especificados pelo símbolo U, seguido da altura (d) em milímetros e da massa
linear (kg/m). Exemplo: U 152,4 x 12,2.
Perfis U laminados
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis laminados
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Cantoneira de abas iguais
Aba
Aba
As cantoneiras de abas iguais são fabricadas no Brasil, entre outras empresas, pela
ArcelorMittal e pela Gerdal Açominas, em aços ABNT MR 250, ABNT AR 350, ASTM
A36, ASTM A572-Grau 50 e outros.
As cantoneiras de abas iguais são especificados pelo símbolo L, seguido pelo comprimento
da aba (a) e pela espessura (t), em milímetros. Exemplo: L 76,2 x 6,35.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis laminados
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Aços e Perfis Estruturais
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As barras são produzidas no Brasil, principalmente pela ArcelorMittal e pela Gerdal
Açominas, possuem diâmetro entre 6,35 e 88,9 mm e são fabricadas em aço ASTM
A36.
As barras redondas são especificados pelo símbolo Ø, seguido do diâmetro (D) em
milímetros. Exemplo: Ø 50,8.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis laminados
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1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis laminados
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Perfis soldados
De acordo com o processo de fabricação, os perfis soldados produzidos no Brasil se
subdividem em perfis soldados por arco elétrico e perfis soldados por alta
freqüência (eletrofusão).
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis soldados por arco elétrico
Os perfis soldados por arco elétrico são aqueles obtidos por meio de uma ligação
soldada de dois ou mais perfis laminados.
Esses perfis são utilizados quando se necessitam de perfis mais resistentes que os
perfis laminados disponíveis ou quando necessitam de uma seção transversal
especial.
Seção I ou H
Seção T
Seção caixão
Seção I com uma 
mesa em U laminado
Seção com I e U 
laminados
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis soldados por arco elétrico
Os perfis soldados mais comuns são do tipo I ou H, formados por três chapas
cortadas nas dimensões apropriadas. Estes perfis são prescritos pela
ABNT NBR 5884:2005 que, além de fixar os requisitos para fabricação, os divide em
seis séries:
— Série CS (coluna soldada);
— Série VS (viga soldada);
— Série CVS (coluna-viga soldada);
— Série VSM (viga soldada mista);
— Série PS (perfil soldado);
— Série PSM (perfil soldado monossimétrico).
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis soldados por arco elétrico
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis soldados por arco elétrico
Série CS Série CVS= 1,0 = 1,5 SérieVS= 2,0 a 4,0 Série VMS
Os perfis soldados por arco elétrico do tipo I e H são especificados por meio do símbolo (CS,
CVS, VS, etc.), seguido da altura (d) em milímetros e da massa linear (kg/m). Exemplo:
CS 500 x 253, VS 400x53, PS 500x147.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis soldados por eletrofusão
Os perfis soldados por eletrofusão, ou simplesmente perfis eletro-soldados, são
aqueles constituídos por chapas ligadas por eletrofusão à alta frequência. Esses
perfis são subdividos em três séries:
— Série CE (coluna eletro-soldada);
— Série VE (viga eletro-soldada);
— Série CVE (coluna-viga eletro-soldada).
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis soldados por arco elétrico
Série CE Série CVE= 1,0 = 1,5 Série VE= 2,0 a 4,0
Os perfis eletro-soldados do tipo I e H são especificados por meio do símbolo
(CE, CVE e VE), seguido da altura (d) em milímetros e da massa linear (kg/m). Exemplo:
CE 250 x 49, VE 250x18, CVE 250x38.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis soldados por arco elétrico
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis tubulares sem costura
De acordo com o processo de fabricação os perfis tubulares são classificados em
perfis sem costura e perfis com costura.
Os perfis tubulares sem costura são fabricados no Brasil com seção circular ou
retangular.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis tubulares sem costura
A Vallourec & Mannesmann do Brasil (VMB) é o maior fabricante de perfis tubulares sem costura em
nosso país. Estes perfis possuem diâmetros externos que variam de 26,7 a 355,6 mm.
Os perfis tubulares circulares sem costura são especificados pela letra TC, seguidas do diâmetro
externo e da espessura da parede do tubo em milímetros. Exemplo: TC 88,9x5,5.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis tubulares com costura
Costura helicoidalCostura longitudinal
Uma forma de se obter um perfil tubular é a partir da dobra a frio de uma chapa
seguida de uma solda longitudinal ou helicoidal.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis tubulares com costura
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis de chapa fina
Os perfis de chapa fina formados a frio são aqueles obtidos dobrando-se a frio
chapas finas de espessuras entre 1,50 e 4,75 mm.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis de chapa grossa
Os perfis de chapa grossa são obtidos a partida da presagem de chapas com
espessura superior a 4,75 mm.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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Perfis de chapa grossa
1.5 Classificação dos perfis estruturais
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CIV 353 – Estruturas Metálicas
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Aços e Perfis Estruturais
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Os perfis de alma corrugada possuem seção transversal do tipo I e são formados por
duas mesas fabricadas a partir de chapas planas grossas e por uma alma fabricada a
partir de chapas finas corrugadas, principalmente na forma trapezoidal ou senoida.
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis de alma corrugada
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Aços e Perfis Estruturais
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1.5 Classificação dos perfis estruturais
Universidade Federal de Viçosa
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CIV 353 – Estruturas Metálicas
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Aços e Perfis Estruturais
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Perfis alveolares
Perfis castelados
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis alveolares
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Colunas e vigas com perfis alveolares
Angelina beam (ArcelorMittal)
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis alveolares
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CIV 353 – Estruturas Metálicas
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Aços e Perfis Estruturais
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Fabricação perfil alveolar Fabricação perfil castelado
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis alveolares
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CIV 353 – Estruturas Metálicas
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Aços e Perfis Estruturais
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1.5 Classificação dos perfis estruturais
Universidade Federal de Viçosa
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Aços e Perfis Estruturais
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1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis curvos
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Aços e Perfis Estruturais
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Calandragem de chapas para 
fabricação de um perfil I solado curvo
Calandragem de um perfil I laminado
1.5 Classificação dos perfis estruturais
Perfis curvos
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1.6 Tensões residuais
As tensões residuais são tensões que surgem no perfil de aço durante o resfriamento
não-uniforme deste perfil.
Tratam-se de tensões internas, ou seja, que não são causadas por ações externas e,
pontanto, com resultantes de força e momento nulas.
Tensões residuais 
nos perfis 
laminados
Primeiro fator: o aço quando esfria, passando da 
temperatura de laminação para a temperatura 
ambiente, sofre uma redução de volume.
Segundo fator: certas partes da seção transversal, 
onde existe menor quantidade de material 
concentrado, passam da temperatura de laminação 
para a temperatura ambiente mais rapidamente 
(resfriamento não-uniforme).
Universidade Federal de Viçosa
Departamentode Engenharia Civil
CIV 353 – Estruturas Metálicas
Unidade 2 - Dimensionamento de Elementos de Estruturas de Aço
Aços e Perfis Estruturais
Versão: 2021A1
Processo de resfriamento de uma chapa
1.6 Tensões residuais
Universidade Federal de Viçosa
Departamento de Engenharia Civil
CIV 353 – Estruturas Metálicas
Unidade 2 - Dimensionamento de Elementos de Estruturas de Aço
Aços e Perfis Estruturais
Versão: 2021A1
Tensões residuais em perfis W laminados a quente
A distribuição e a intensidade das tensões residuais de uma barra dependem de
vários fatores, entre os quais o tipo e as dimensões da seção transversal e a
velocidade de resfriamento.
1.6 Tensões residuais
Universidade Federal de Viçosa
Departamento de Engenharia Civil
CIV 353 – Estruturas Metálicas
Unidade 2 - Dimensionamento de Elementos de Estruturas de Aço
Aços e Perfis Estruturais
Versão: 2021A1
Tensões residuais em perfis soldados
Chapa cortada
Perfil I soldado
Perfil caixão soldado
1.6 Tensões residuais
Universidade Federal de Viçosa
Departamento de Engenharia Civil
CIV 353 – Estruturas Metálicas
Unidade 2 - Dimensionamento de Elementos de Estruturas de Aço
Aços e Perfis Estruturais
Versão: 2021A1
Influência das tensões residuais
Em uma barra com tensões normais residuais o escoamento se inicia a uma tensão
p inferior à resistência ao escoamento do aço (fy), obtida no ensaio de um corpo de
prova sem tensões residuais.
= −
A máxima tensão normal residual ( r) na 
maioria dos perfis é de compressão, situa-se 
entre 70 e 140 MPa e é pouco influênciada 
pelo valor da resistência ao escoamento 
do aço (fy). 
1.6 Tensões residuais