AULA 03 CA 1 Propriedades do Aço

Prévia do material em texto

Curso: Engenharia Civil
Disciplina: Estruturas de Concreto Armado 1
Propriedades do Aço
1
• CARGA HORÁRIA: 54 h/a
• 1º semestre 2017
• Prof. Me. Leandro Dias Küster
Esta apresentação foi feita pelo 
Prof. Dr. Artur Lenz Sartorti e
adaptada pelo
Prof. Me. Leandro Dias Küster
2Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
PROPRIEDADES DO AÇO
Introdução
3Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• Liga metálica de ferro e carbono mais (silício,
manganês, fósforo, enxofre, etc.);
• Teor de carbono de 0 a 1,7%;
• No Brasil a produção teve início em 1946 a CSN. Na
década de 1960 surgiram a COSIPA e a USIMINAS.
• Esse material tem grande aplicação na Engenharia
graças às seguintes características:
– Ductilidade;
– Incombustibilidade;
– Facilidade de ser trabalhado;
– Resistência à tração, compressão, flexão e torção;
– Resistência a impacto, abrasão e desgaste.
Aula 03 – Propriedades do aço
Aço
4Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• Minério de ferro: hematita extraída de pedreiras
e minas (uma alternativa em relação ao minério é
o processamento de sucata);
• Pode-se resumir o processo de transformação do
minério em aço em quatro grandes estágios:
– Preparação ou tratamento do minério e do carvão;
– Redução do minério de ferro;
– Refino;
– Tratamento mecânico.
Aula 03 – Propriedades do aço
Obtenção do produto siderúrgico
5Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• Nessa fase o material é passado por
britadeiras, seguida de classificação pelo
tamanho, e depois o material vai para alto
forno.
• Nesta fase se obtém o coque: produto da
destilação do carvão mineral (1300°C).
Resíduo poroso composto basicamente de
carbono;
Aula 03 – Propriedades do aço
Preparação ou tratamento do minério e 
do carvão
6Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• A redução tem como objetivo retirar o
oxigênio do minério, que assim será reduzido
a ferro, e o separa da ganga.
• Em temperaturas elevadas, as reações
químicas que ocorrem entre o coque e o
minério de ferro separam o ferro do oxigênio.
• Nessa etapa se obtém o Ferro Gusa: produto
da 1ª fusão do minério de ferro + coque (alto
forno 1500°C) com 3,5 a 4% de carbono
Aula 03 – Propriedades do aço
Redução do minério de ferro
7Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• O refino ocorre nas aciarias. Ele consiste na
transformação do ferro gusa em aço, com a
diminuição de teor de carbono e de outros
materiais. Essa transformação é feita pela
introdução controlada de oxigênio.
• O aço líquido é transferido para a segunda etapa
do processo na aciaria, que é o lingotamento
contínuo, em que são produzidos os tarugos, que
são barras de aço de seção quadrada e
comprimento de acordo com sua finalidade.
Aula 03 – Propriedades do aço
Refino
8Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• As próprias leis que regem a solidificação do aço
líquido nas lingoteiras impedem a obtenção de
um material homogêneo, resultando sempre num
material com granulação grosseira, quebradiço e
de baixa resistência.
• Por isso, a etapa final é o tratamento mecânico
dos tarugos, que os transformam em produtos
com características adequadas à sua utilização.
Aula 03 – Propriedades do aço
Tratamento mecânico
9Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Obtenção do produto siderúrgico
• Têm-se também o Ferro Fundido: produto da 2ª
fusão do minério de ferro + coque, com 2,5 a 3%
de carbono;
• E por último, o Aço: produto do refinamento do
ferro gusa com no máximo 1,7% de carbono.
Laminação é o processo onde são obtidas peças
estruturais por meio de redução de tarugos em
cilindros. Este processo pode ser a quente ou a frio.
10Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Processo de produção
• Os tipos de tratamento a
quente são:
– Forjamento;
– Laminação;
– Trefilação;
– Extrusão.
• A trefilação é usada em
tratamento a frio.
11Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Classificação
• Aços estruturais: aços-carbono e aços-carbono 
de baixa liga.
Categorias Teor de carbono (%)
Baixo teor (extra doce) < 0,15
Moderado ( aço doce) 0,15 a 0,29
Médio carbono (aço meio duro) 0,30 a 0,59
Alto carbono (aço duro) 0,6 a 1,7
Categorias Teor de carbono (%)
Baixo C ≤ 0,30
Médio 0,30 < C ≤ 0,50
Alto C ≥ 0,50
12Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Classificação
• Aços com maior teor de carbono apresentam as
seguintes características:
I. Aços mais resistentes;
II. Menos dúcteis;
III. Problemas nos procedimentos de soldas.
Portanto, em estruturas usuais são utilizados aços
de baixo ou até moderado teor de carbono para
serem aplicados processos de soldas sem cuidados
especiais como o pré-aquecimento das peças.
13Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Classificação
• Aços de baixa liga: são aços-carbono
acrescidos de elementos como cromo, cobre,
manganês, etc. Estes elementos modificam a
microestrutura e apresentam melhoradas
propriedades mecânicas e químicas
(resistência à corrosão).
14Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Aços do Concreto Armado
• CA-25; CA-50; CA-60;
• CA = Concreto Armado;
• 25, 50 e 60 é a tensão de escoamento em
kN/cm²;
• Massa específica de 7850 kg/m³;
• Coeficiente de dilatação térmica (α=10-5/°C)
para temperaturas de -20 °C a 150 °C.
15
16Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
PROPRIEDADES DO AÇO
Propriedades Mecânicas
Aula 03 – Propriedades do aço
17Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• Ductilidade: capacidade do material se deformar
sob a ação de cargas antes da ruptura;
• Fragilidade: pequena capacidade de deformação
do material sob a ação de cargas antes da
ruptura;
• Resiliência: capacidade do material absorver
energia mecânica em regime elástico;
• Tenacidade: capacidade do material absorver
energia mecânica com deformação elástica e
plástica;
Aula 03 – Propriedades do aço
Propriedades dos Aços
18Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• Dureza: resistência ao risco/abrasão
• Fadiga: efeito dinâmico (cíclico) que causa a
ruptura com tensões inferiores que em
condições estáticas.
Aula 03 – Propriedades do aço
Propriedades dos Aços
19Prof. Me.Leandro Dias KüsterEstruturas de Concreto Armado 1
• Os aços para concreto armado devem conter:
– Ductilidade e homogeneidade;
– Valor elevado da relação entre os limites de 
resistência e de escoamento;
– Soldabilidade;
– Resistência razoável a corrosão.
Aula 03 – Propriedades do aço
Propriedades dos Aços
20Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Deformação (‰)
Te
ns
ão
 (M
Pa
)
Diagrama Tensão x Deformação CA-50
“Tratado a quente”
21Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Diagrama Tensão x Deformação CA-60
“Tratado a frio”
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Deformação (‰)
Te
ns
ão
 (M
Pa
)
22Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
PROPRIEDADES DO AÇO
Diagrama Tensão x Deformação da 
ABNT NBR 6118:2014
Aula 03 – Propriedades do aço
23Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• A NBR 6118:2014 indica que este diagrama é válido tanto para a tração
quanto para a compressão em temperaturas que vão de -20 a 150°C. O
valor de fyk para aços sem patamar de escoamento é o valor da tensão
correspondente à deformação específica permanente 0,2%.
Aula 03 – Propriedades do aço
Diagrama Tensão x Deformação da 
ABNT NBR 6118:2014
fyk: resistência 
característica do aço à 
tração;
fyd: resistência de 
cálculo do aço à tração, 
igual a fyk / 1,15;
Es: módulo de 
elasticidade, igual a 
210 GPa.
24Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Outro parâmetro
que é útil é a
deformação de início
de escoamento yd
Aula 03 – Propriedades do aço
Diagrama Tensão x Deformação da 
ABNT NBR 6118:2014
25Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
PROPRIEDADES DO AÇO
Produtos Siderúrgicos para o CA
Aula 03 – Propriedades do aço
26Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Barras e Fios
Tipo de superfície 1
Lisa – CA-25 1,0
Entalhada – CA-60 1,4
Nervurada – CA-50 2,25
27Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 03 – Propriedades do aço
Barras e Fios
28Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR
6118. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio
de Janeiro: ABNT, 2014;
• PINHEIRO, L.M.; MUZARDO, C. D.; SANTOS, S. P.; CATOIA, T.;
CATOIA, B.; SARTORTI, A. L. Estruturas de Concreto – notas de
aula São Carlos, São Carlos: EESC-USP, 2016;
• SARTORTI, A. L. Notas de aula de concreto armado I –
apresentação.
Bibliografia
Aula 03 – Propriedades do aço