trabalho tecnologia 4 periodo

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UNIVERSIDADE DE UBERABA 
 
POLO BELO HORIZONTE 
 
 
 
 
 
 
 
TRABALHO DA DISCIPLINA - TECNOLOGIA E SISTEMA 
ESTRUTURAIS II 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BELO HORIZONTE - MG 
ABRIL-2015 
 
 
 
UNIVERSIDADE DE UBERABA 
 
POLO BELO HORIZONTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEFORMAÇÃO EM ESTRUTURA METÁLICA ENVOLVENDO 
TEMPERATURA 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARTHUR FREITAS DE AZEVEDO 
DANIELA FERREIRA RIBEIRO 
EDSON GOMIDES FERREIRA 
HEGLE ARAÚJO SILVA 
WANDERSON TAVARES DE LIMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BELO HORIZONTE - -MG 
ABRIL-2015 
INTRODUÇÃO 
A produção de aço é um forte indicador do estágio de desenvolvimento 
econômico de um país. Seu consumo cresce proporcionalmente à construção de 
edifícios, execução de obras públicas, instalação de meios de comunicação e 
produção de equipamentos. 
Esses materiais já se tornaram corriqueiros no cotidiano, mas fabricá-los 
exige técnica que deve ser renovada de forma cíclica, por isso o investimento 
constante das siderúrgicas em pesquisa. O início e o processo de aperfeiçoamento 
do uso do ferro representaram grandes desafios e conquistas para a humanidade. 
Dentro do processo de desenvolvimento iremos aprofundar a Lei de Hooke. 
A Lei de Hooke é a aplicação da força comprimida ou distendida em qualquer 
material, que ao receber o esforço sofrerá com uma deformação que pode ser 
perceptiva ou não a olho humano. O exemplo mais claro da Lei Hooke é a mola, que 
recebendo a aplicação de força podemos perceber sua flexibilidade e partindo desse 
movimento podemos calcular o valor aplicado nessa mola, através da seguinte 
expressão. 
F=k Δ l 
No SI, em newtons, em e em metros. 
Como a mola é o exemplo mais usado para demostrar à aplicação da Lei de Hooke 
pode expressar essa aplicação assim: 
A intensidade da Força elástica ( ) é diretamente proporcional à deformação ( ). 
Matematicamente, temos: ; ou vetorialmente: , 
onde é uma constante positiva denominada Constante Elástica da mola, 
com unidade no S.I. de. A Constante Elástica da mola traduz a rigidez da mola, ou 
seja, representa uma medida de sua dureza. Quanto maior for a Constante Elástica 
da mola, maior será sua dureza. 
É importante ressaltar que o sinal negativo observado na expressão vetorial da Lei 
de Hooke, significa que o vetor Força Elástica ( ), possui sentido oposto ao vetor 
deformação (vetor força aplicada), isto é, possui sentido oposto à deformação, 
sendo a força elástica considerada uma força restauradora. 
Sendo a Força aplicada, tem-se: ⇒ ⇒ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBJETIVOS 
 
Conhecer o processo siderúrgico de ferro em suas diversas matérias primas 
para assim entender o processo de resistência dos vários tipos de estruturas 
metálicas e sua utilização na construção civil. 
Definir as grandezas e determinar as deformações causadas por 
carregamento axial (esforço normal), variação de temperatura e esforço cortante 
(cisalhamento); relacionar a segunda lei de Newton com a Lei de Hooke; conhecer 
caminhos específicos para analise de deformações de estruturas; compreender o 
comportamento dos materiais diante das solicitações, de acordo com suas 
propriedades mecânicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROCESSOS SIDERURGICOS 
A Indústria siderúrgica é o ramo da metalurgia que se dedica à fabricação e 
tratamento de aços e ferros fundidos. Antes de qualquer coisa, porém, é de suma 
importância definir o que é a metalurgia. A metalurgia é o conjunto de técnicas que o 
homem desenvolveu com o decorrer do tempo que lhe permitiu extrair e 
manipular metais e gerar ligas metálicas. Os primeiros metais a serem descobertos 
foram os metais nobres, que por não reagirem com outros elementos podiam ser 
encontrados na sua forma bruta na natureza. Esses metais passaram a ser 
trabalhados quando se descobriu que o calor poderia amolecê-los e trabalhá-los. 
Acredita-se que, por volta de 2500 a.C., surgiram as primeiras ligas metálicas, com a 
adição de estanho ao cobre, gerando o bronze - uma liga metálica que tinha 
propriedades superiores às do cobre. O ferro demorou um pouco mais para começar 
a ser trabalhado, pois não se acha ferro bruto na natureza. O aço é uma variante do 
ferro que tem em sua composição uma concentração levemente menor de carbono. 
A concentração de carbono gera uma liga de ferro com uma maleabilidade e 
dureza maiores do que o ferro puro. 
O aço pode ser definido, de maneira sucinta, como uma liga metálica composta de 
ferro com pequenas quantidades de carbono, o que lhe confere propriedades 
específicas, sobretudo de resistência e ductilidade, adequadas ao uso na construção 
civil. 
A fronteira entre o ferro e o aço foi definida na Revolução Industrial, com a invenção 
de fornos que permitiam não só corrigir as impurezas do ferro, como adicionar-lhes 
propriedades como resistência ao desgaste, ao impacto, à corrosão, etc. Por causa 
dessas propriedades e do seu baixo custo o aço passou a representar cerca de 90% 
de todos os metais consumidos pela civilização industrial. 
Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda 
crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um 
óxido de ferro, misturado com areia fina. O carbono é também relativamente 
abundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na siderurgia, 
usa-se carvão mineral, e em alguns casos, o carvão vegetal. 
O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite 
alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500º Celsius) necessárias à fusão do 
minério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a 
alta temperatura, deixando livre o ferro. O processo de remoção do oxigênio do ferro 
para ligar-se ao carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento 
chamado alto forno. 
Antes de serem levados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente 
preparados para melhoria do rendimento e economia do processo. O minério é 
transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do coque, dele se 
obtendo ainda subprodutos carboquímicos. No processo de redução, o ferro se 
liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como 
calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de 
cimento. 
A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda 
em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e 
adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos. 
Finalmente, a terceira fase clássica do processo de fabricação do aço é a laminação. 
O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado 
em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas 
grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras etc. Com a 
evolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão sendo 
reduzidas no tempo. O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, 
carvão e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da 
carga, redução, refino e laminação. 
 
Fig. 1 (Fluxo do processo de produção de ferro e aço) 
 
PREPARAÇÃO DA CARGA 
 Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de 
coque. 
O produto resultante é chamado de sínter. 
O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque. 
 
REFINO 
Aciarias a oxigênio ouelétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou 
sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquidas. 
Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com 
impurezas. 
A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento 
contínuo para produzir semiacabados, lingotes e blocos. 
LAMINAÇÃO 
Os semiacabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos 
chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos 
siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química. 
 
 
AÇOS ESTRUTURAIS 
O aço é a mais versátil e a mais importante das ligas metálicas. O aço é 
produzido em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo 
eficientemente a uma ou mais aplicações. Esta variedade decorre da necessidade 
de contínua adequação do produto às exigências de aplicações específicas que vão 
surgindo no mercado, seja pelo controle da composição química, seja pela garantia 
de propriedades específicas ou, ainda, na forma final (chapas, perfis, tubos, barras, 
etc.). Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços e cerca de 75% deles foram 
desenvolvidos nos últimos 20 anos. Isso mostra a grande evolução que o setor tem 
experimentado. Os aços-carbono possuem em sua composição apenas quantidades 
limitadas dos elementos químicos carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. 
Outros elementos químicos existem apenas em quantidades residuais. 
A quantidade de carbono presente no aço define sua classificação. Os aços de baixo 
carbono possuem um máximo de 0,3% deste elemento e apresentam grande 
ductilidade. São bons para o trabalho mecânico e soldagem, não sendo 
temperáveis, utilizados na construção de edifícios, pontes, navios, automóveis, 
dentre outros usos. 
Os aços de médio carbono possuem de 0,3% a 0,6% de carbono e são utilizados em 
engrenagens, bielas e outros componentes mecânicos. São aços que, temperados e 
revendidos, atingem boa tenacidade e resistência. 
Aços de alto carbono possuem mais do que 0,6% de carbono e apresentam elevada 
dureza e resistência após têmpera. São comumente utilizados em trilhos, molas, 
engrenagens, componentes agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas 
etc. Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais 
de média e alta resistência mecânica, termo designativo de todos os aços que, 
devido à sua resistência, ductilidade e outras propriedades, são adequados para a 
utilização em elementos da construção sujeitos a carregamento. Os principais 
requisitos para os aços destinados à aplicação estrutural são: elevada tensão de 
escoamento, elevada tenacidade, boa soldabilidade, homogeneidade 
microestrutural, susceptibilidade de corte por chama sem endurecimento e boa 
trabalhabilidade em operações tais como corte, furação e dobramento, sem que se 
originem fissuras ou outros defeitos. 
 
 TIPOS DE AÇOS ESTRUTURAIS 
O tipo de aço com a composição química adequada fica definido na aciaria. Os aços 
podem ser classificados em: aços-carbono, aços de baixa liga sem tratamento 
térmico e aços de baixa liga com tratamento térmico. Os tipos de aço estruturais são 
especificados em normas brasileiras e internacionais ou em normas elaboradas 
pelas próprias siderúrgicas. 
 
 AÇOS-CARBONO 
Os aços-carbono são aqueles que não contêm elementos de liga, podendo ainda, ser 
divididos em baixo, médio e alto carbono, sendo os de baixo carbono (C 0,30%), os 
mais adequados à construção civil. Destacam-se: 
- ASTM-A36 – o aço mais utilizado na fabricação de perfis soldados 
(chapas com t 4,57 mm), especificado pela American Society for Testing and 
Materials; 
- NBR 6648/CG-26 - aço, especificado pela ABNT, utilizado na fabricação de perfis 
soldados e que mais se assemelha ao anterior; 
- ASTM A572/Gr50 - aço utilizado na fabricação de perfis laminados 
- NBR 7007/MR-250 - aço para fabricação de perfis laminados, que mais se 
assemelha ao ASTM A-36; 
- ASTM-A570- o aço mais utilizado na fabricação de perfis formados a frio 
(chapas com t 5,84 mm); 
- NBR 6650/CF-26 - aço, especificado pela ABNT, utilizado na fabricação de perfis 
estruturais formados a frio que mais se assemelha ao anterior. 
 
 AÇOS DE BAIXA LIGA SEM TRATAMENTO TÉRMICO 
Os aços de baixa liga sem tratamento térmico são aqueles que recebem 
elementos de liga, com teor inferior a 2%, suficientes para adquirirem ou maior 
resistência mecânica (300 MPa) ou maior resistência à corrosão, ou ambos. São 
adequados à utilização na construção civil, fazendo-se necessária uma análise 
econômica comparativa com os aço-carbono, pois estes têm menor resistência, mas 
menor custo por unidade de peso. A seguir serão destacados os principais deles. 
COS-AR-COR – aços de alta resistência a corrosão atmosférica, especificado 
pela COSIPA; 
USI-SAC - aços de alta resistência à corrosão atmosférica, especificado pela 
USIMINAS; 
CSN-COR - aços de alta resistência mecânica e de alta resistência à corrosão 
atmosférica, especificados pela CSN. 
 
AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA COM TRATAMENTO TÉRMICO 
Os aços de alta resistência e baixa liga com tratamento térmico são aqueles, 
que além de possuírem em sua constituição os elementos de liga com teor inferior a 
2%, recebem um tratamento térmico especial, posterior à laminação, necessário a 
adquirirem alta resistência mecânica (300 Mpa). Sua aplicação está restrita a 
tanques, vasos de pressão, dutos forçados, ou onde os elevados esforços 
justifiquem economicamente sua utilização. 
 
 AÇOS SEM QUALIFICAÇÃO ESTRUTURAL 
Apesar de não serem considerados “aços estruturais”, os tipos de aço 
especificados pela SAE (Society of Automotive Engineers) são frequentemente 
empregados na construção civil como componentes de telhas, caixilhos, chapas 
xadrez e até, indevidamente, em estruturas. Esses tipos de aço são designados por 
um número de quatro algarismos (por exemplo, SAE 1020), sendo que o primeiro 
representa o elemento de liga (para o aço-carbono o algarismo é 1), o segundo 
indica a porcentagem aproximada da liga (zero significa a ausência de liga) e os 
demais dígitos representam o teor médio de carbono (20 significa 0,20% médio de 
carbono). 
A norma brasileira equivalente à SAE é a ABNT NBR 6006:1980 
“Classificação por composição química de aço para a construção mecânica”, cuja 
designação é similar à SAE. 
Por exemplo, ABNT 1020/NBR 6006 = SAE 1020. 
Segundo a Norma Brasileira ABNT NBR 14762:2010 “Dimensionamento de 
estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio”, a utilização de aços 
sem qualificação estrutural para perfis é tolerada se o aço possuir propriedades 
mecânicas adequadas a receber o trabalho a frio. Não devem ser adotados no 
projeto valores superiores a 180 Mpa e 300 MPa para a resistência ao escoamento 
fy e a resistência à ruptura fu, respectivamente. 
 
 
 
 
 
CHAPAS E PERFIS 
 CHAPAS 
É um laminado de aço plano com largura superior a 500mm. Chapas grossas 
são as de espessura superior a 5 mm, já as finas têm espessura igual ou menor que 
5mm. As siderúrgicas produzem chapas grossas com espessuras de 5,00 mm a 
150,00 mm, largura de 1,00 m a 3,80 m e comprimento de 6,00 m a 12,00 m. As 
mais utilizadas são de 2,44 m de largura, 12,00 m de comprimento e espessuras. 
Já as chapas finas produzidas pelas siderúrgicas têm espessuras de 0,60 mm 
a 5,00 mm, largura de 1,00 m a 1,50m e comprimento de 2,00 m a 6,00 m. 
As mais utilizadas na forma plana são de 1,20 m X 2,00 m e 1,20 X 3,00 m. 
Mas as chapas finas também são oferecidas em forma de bobinas que por sua vez 
tem menor custo, as espessuras fornecidas seguemna tabela 3.2. 
Chapas grossas são mais utilizadas na fabricação de perfis soldados, devida à 
necessidade de equipamento adequado para dobramento em perfis formados a frio. 
Siderúrgicas Brasileiras que produzem chapas: 
COSIPA – Companhia Siderúrgica Paulista, 
USIMINAS, CSN – Companhia Siderúrgica Nacional 
Arcelor Mittal Tubarão. 
 
 PERFIS 
Os perfis são para um projeto, fabricação e montagem os mais importantes 
dentre vários componentes. Eles são por laminação, por conformação a frio ou por 
soldagem, e são respectivamente denominados de perfis: laminados, formados a frio 
e soldados. 
 
 
 PERFIS SOLDADOS 
Perfis soldados são chapas de aço estrutural unida por soldagem a arco 
elétrico. São muito utilizados na construção de estruturas de aço, devida à 
possibilidade de se combinar várias espessuras, alturas e larguras reduzindo 
consideravelmente o peso final da estrutura. 
Fabricantes de estruturas metálicas produzem os perfis soldados aplicando 
corte e soldagem nas chapas fabricadas pelas siderúrgicas. Mas o material da solda 
deve ser compatível com o tipo de aço que será soldado, sendo similar na 
resistência mecânica à corrosão e demais. 
A NBR 5884 - "Perfil I estrutural de aço soldado por arco elétrico" apresenta 
as características geométricas de uma série de perfis I e H soldados e tolerâncias na 
fabricação. Classificadas como série simétrica e monossimétrica. 
Série simétrica é a composta por perfis que apresentam simetria na sua 
seção transversal em relação aos eixos X-X e Y-Y, conforme ilustrado na figura 3.1. 
Dividida em: 
- Série CS, formada por perfis soldados tipo pilar, com relação d/bf = 1. 
- Série CVS, formada por perfis soldados tipo viga- 
- 
- Série PS, formada por perfis soldados simétrico. 
Série monossimétrica é a composta por perfis soldados sem simetria na sua 
seção transversal em relação ao eixo X-X mas apresentam simetria em relação ao 
eixo Y-Y, conforme ilustrado na figura 3.1. É dividida em: 
Série VSM, formada por perfis soldados monossimétricos tipo viga, com 
diferentes. 
Série PSM, formada por perfis soldados monossimétricos, inclusive os perfis 
com larguras de mesas diferentes entre si. 
Todas as séries têm dimensões indicadas na ABNT NBR 5884, com exceção da PS 
e da PSM que seguem as demais especificações da Norma Brasileira. 
 
PERFIS LAMINADOS 
Perfis laminados (figura 3.2) são os fabricados a quente nas usinas 
siderúrgicas e são mais econômicos para edificações de estruturas metálicas, pois 
dispensam a fabricação “artesanal” dos perfis soldados ou formados a frio. 
Os perfis laminados fabricados no Brasil dividem-se em duas séries: W e HP. 
A designação dos perfis é: a série seguida da altura e da massa por unidade de 
comprimento. 
Por exemplo: W 310 x 44,5 ou HP 250 x 62. 
O aço mais comum na fabricação desses perfis é o ASTMA 572 Gr 50, com: 
fy= 345 MPa e fu =450 MPa. 
 
PERFIS ESTRUTURAIS FORMADOS A FRIO 
Os perfis laminados com medidas que atendam a projetos nem sempre são 
encontrados por serem pouco procurados, sendo necessária a utilização dos perfis 
de chapas dobradas, por ter como ser projetado especificamente para cada 
aplicação. Os perfis formados a frio, por serem compostos por chapas finas, são 
leves, de fácil fabricação, manuseio e transporte, além de terem resistência e 
ductilidade adequadas para estruturas civis. 
Nas estruturas de maior porte, os perfis formados a frio duplos, em seção 
unicelular (tubular-retangular) também conhecido como seção-caixão, são muito 
utilizados por resultar em estruturas mais econômicas. Os fatores são, boa rigidez, 
torção (eliminando travamentos), menor área exposta, (reduzindo a área de pintura), 
menor área de estagnação de líquidos ou detritos (reduzindo a probabilidade de 
corrosão). Perfis formados a frio são os feitos do dobramento a frio de chapas. Esse 
por sua vez pode ser feito de forma contínua ou descontínua. 
O processo contínuo é realizado a partir do deslocamento longitudinal de uma chapa 
de aço, sobre os roletes de uma linha de perfilação. Os roletes vão conferindo à 
chapa, a forma definitiva do perfil. Quando o perfil deixa a linha de perfilação, ele é 
cortado no comprimento desejado. O processo descontínuo é realizado por uma 
prensa dobradeira. A matriz da dobradeira é prensada contra a chapa de aço, 
obrigando-a a formar uma dobra. Esse procedimento é realizado várias vezes sob a 
mesma chapa, fornecendo à seção do perfil a geometria exigida no projeto. O 
comprimento do perfil depende da largura da prensa. 
O dobramento de uma chapa, tanto por perfilação como por dobradeira, 
provoca um aumento da resistência ao escoamento (fy) e da resistência à ruptura 
(fu). Isso ocorre devido fenômeno envelhecimento (carregamento até a zona 
plástica, descarregamento, e posterior, porém não imediato, carregamento), com 
redução de ductilidade, isto é, o diagrama tensão-deformação sofre uma elevação 
na direção das resistências limites, mas com um estreitamento no escoamento. A 
menor ductilidade quer dizer menor capacidade de se deformar; por isso é ideal a 
chapa ser conformada com raio de dobramento adequado ao material e espessura, 
para evitar o aparecimento de fissuras. 
O aumento das resistências ao escoamento e à ruptura se concentra nas 
curvas quando o processo é descontínuo, pois somente ela está sob carregamento. 
Já no processo contínuo esse acréscimo atinge outras regiões do perfil, pois na linha 
de perfilação toda a parte do perfil entre roletes está sob tensão. 
 
 
 
 
 
 
 
PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO 
 
Há uma tendência natural do ferro constituinte do aço retornar ao seu estado 
primitivo de minério, ou seja, combinar com os elementos presentes no meio 
ambiente (O2 , H2O) formando óxido de ferro. Esse processo começa na superfície 
do metal e acaba levando à sua total deterioração caso não sejam tomadas medidas 
preventivas. 
O mecanismo é o mesmo que ocorre numa bateria, isto é, dois metais 
imersos em uma solução condutora (eletrólito) provocam a passagem de corrente 
elétrica e o desgaste de um dos metais. No caso da corrosão atmosférica, o 
eletrólito é a umidade do ar, com sua condutividade aumentada pela presença da 
poluição industrial ou marítima. A passagem de corrente ocorre entre regiões 
diferentes (ânodo e cátodo) do mesmo metal, tais como: áreas cobertas por detritos 
ou água, pequenas alterações na composição do metal ou variações de 
temperatura. 
 
Na fase de projeto podem-se tomar cuidados para minimizar os problemas da 
corrosão. 
Algumas recomendações são citadas a seguir. 
-evitar a formação de regiões de estagnação de detritos ou líquidos ou, se inevitável, 
prever furos de drenagem na estrutura. 
-prever acessos e espaços para permitir a manutenção 
-preencher com mastiques ou solda de vedação as frestas que ocorrem nas ligações 
-evitar intermitência nas ligações soldadas 
-evitar sobreposição de materiais diferentes 
-evitar que elementos metálicos fiquem semienterrados ou semi-submersos 
Além dos cuidados em projeto, as principais soluções empregadas para eliminar ou 
reduzir a velocidade de corrosão a valores compatíveis com a vida útil ou com os 
intervalos de manutenção dos componentes de aço são: 
- utilização de aços resistentes à corrosão atmosférica 
- aplicação de revestimento metálico (zincagem) 
- aplicação de revestimento não metálico (pintura) 
 
 
 
 
 
AÇOS RESISTENTES À CORROSÃO ATMOSFÉRICA 
Entre os aços resistentes à corrosão atmosférica destacam-se os aços 
inoxidáveis, obtidos pela adição de níquel e cromo, porém de uso restrito em 
edificações devido ao seu custoelevado, e os chamados aços patináveis ou 
aclimáveis. Os aços patináveis foram introduzidos no início da década de trinta, nos 
Estados Unidos, para a fabricação de vagões de carga. Dadas às características e 
qualidades desses aços, rapidamente encontraram aceitação na construção civil. 
Comercialmente, tais aços receberam o nome de “Corten” e hoje são mundialmente 
utilizados na construção civil. 
A maior resistência à corrosão desses aços advém principalmente da adição 
de cobre e cromo. Cada siderúrgica adota uma combinação própria desse elemento 
em seus aços comerciais, além de combiná-los com outros elementos, como níquel, 
vanádio e nióbio. 
Os aços patináveis, quando expostos à atmosfera, desenvolvem em sua 
superfície uma camada de óxido compacta e aderente denominada “pátina”, que 
funciona como barreira de proteção contra a corrosão, possibilitando, assim, sua 
utilização sem qualquer tipo de revestimento. A formação de pátina protetora ocorre 
desde que o aço seja submetido a ciclos alternados de umidade (chuva, nevoeiro, 
umidade) e secagem (sol, vento). Tais efeitos também estão presentes em 
ambientes internos à edificação, desde que adequadamente ventilados. 
Em atmosferas industriais pouco agressivas, os aços patináveis apresentam bom 
desempenho; em atmosferas industriais altamente corrosivas a sua resistência à 
corrosão é menor do que verificada no caso anterior, porém, sempre superior à do 
aço-carbono. 
Nas atmosferas marinhas, até cerca de 600 m da orla marítima, a proximidade do 
mar influencia na velocidade de corrosão dos aços patináveis, acelerando-a. Nesse 
tipo de atmosfera, o desempenho desses aços é superior à do aço-carbono, porém 
as perdas por corrosão são maiores do que em atmosferas industriais. Por isso é 
recomendada a utilização de revestimento quando o material encontra-se em 
atmosfera marinha severa ou moderada. 
A maior aplicação dos aços patináveis tem sido em atmosfera urbanas, onde podem 
ser utilizados sem revestimento. No entanto, os aços patináveis revestidos têm suas 
características de resistência à corrosão sinergicamente ampliadas, aumentando o 
período para manutenção. Por esse aspecto, eles são muito empregados também 
com revestimento. 
 
 
 
 
 
GALVANIZAÇÃO 
O fenômeno da corrosão é sempre precedido pela remoção de elétrons do 
ferro, formando os cátions Fe++. A facilidade de ocorrer essa remoção é variável de 
metal para metal recebe o nome de potencial de oxidação de eletrodo. 
O zinco tem maior potencial do que o ferro. Assim, se os dois forem 
combinados, o zinco atuará como ânodo e o ferro como cátodo. Essa característica 
é utilizada como artifício para se prevenir a corrosão do aço e nela baseia-se o 
método de proteção pelo uso do zinco. O aço revestido com zinco, na verdade, está 
protegido de duas maneiras distintas: 
Se a camada de zinco se mantiver contínua, ou seja, sem qualquer 
perfuração, a mesma atua como uma barreira evitando que o oxigênio e a água 
entrem em contato com o aço, inibindo assim a oxidação. 
Caso ela tenha qualquer descontinuidade e na presença do ar atmosférico, 
que possui umidade, o zinco passa a atuar como ânodo, corroendo-se em lugar do 
ferro. 
Essa propriedade confere à peça maior durabilidade uma vez que a corrosão 
do zinco é de 10 a 50 vezes menos intensa do que a do aço na maioria das áreas 
industriais e rurais e de 50 a 350 vezes em área marinhas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO 
Há muito se sabe que o aço sofre redução de resistência com o aumento de 
temperatura. 
No século XIX, quando edifícios de múltiplos andares de aço começaram a 
ser construídos, o concreto era utilizado como material de revestimento do aço, sem 
função estrutural, mas, com grandes espessuras, em vista de o concreto não ser um 
isolante ideal. 
Anos após, o concreto, além de revestimento, foi também aproveitado como 
elemento estrutural, trabalhando em conjunto com o aço para resistir aos esforços. 
Surgiram então as estruturas mistas de aço e concreto. Mais tarde, iniciou-se a 
construção de edifícios de múltiplos andares de concreto armado. De início, não se 
supunha que o concreto armado também poderia ter problemas com temperaturas 
elevadas. Em 1948, Mörch escreve interessante artigo alertando para a necessidade 
de verificação de estruturas de concreto armado em incêndio, associando-a apenas 
à armadura no seu interior. 
Hoje, se reconhece que a capacidade resistente do aço, do concreto, da 
madeira, da alvenaria estrutural e do alumínio em situação de incêndio é reduzida 
em vista da degeneração das propriedades mecânicas dos materiais ou da redução 
da área resistente. 
O aço e o alumínio têm resistência e módulo de elasticidade reduzidos 
quando submetidos a altas temperaturas. O concreto, além da redução da 
resistência, perde área resistente devido ao “spalling”. O “spalling” é um lascamento 
da superfície do elemento de concreto, devido à pressão interna da água ao 
evaporar-se e ao comportamento diferencial dos materiais componentes do 
concreto. Em concretos de alta resistência pode ocorrer o “spalling” explosivo, pela 
maior dificuldade de percolação da água. O “spalling” reduz a área resistente do 
concreto e expõem a armadura ao fogo. Os elementos de madeira sofrem 
carbonização na superfície exposta ao fogo, reduzindo a área resistente e 
realimentando o incêndio. A região central recebe proteção proporcionada pela 
camada carbonizada, atingindo baixas temperaturas. 
Apesar de a redução das propriedades mecânicas do concreto e da madeira ser 
mais acentuada, em função da temperatura, do que a do aço, deve-se lembrar que a 
temperatura média atingida por um elemento isolado de aço em incêndio é, 
geralmente, maior do que a dos outros dois materiais. 
 
 
A ABNT NBR 14432:2000 “Exigências de resistência ao fogo dos elementos 
construtivos das edificações” fornece a mínima resistência ao fogo requerida para as 
estruturas. No Estado de São Paulo, bem como em outros estados brasileiros, há 
exigência legal para a verificação das estruturas em situação de incêndio. 
 
 
 
A ABNT NBR 14323:2012 “Dimensionamento das estruturas de aço em 
situação de incêndio” e a ABNT NBR 15200:2012 “Projeto de estruturas de concreto 
em situação de incêndio” fornecem os procedimentos para o dimensionamento das 
estruturas formadas por ambos os matérias. 
 
Valores dos fatores de redução para o limite de escoamento e o módulo de elasticidade do aço com a temperatura, como 
previstos pela NBR 14323. 
 
A NBR 14323 ainda prevê que caso algum aço estrutural possua variação do 
limite de escoamento ou do módulo de elasticidade com a temperatura diferente da 
apresentada na figura acima, os valores próprios deste aço poderão ser utilizados. 
 
Para se aumentar o tempo necessário para que a temperatura crítica seja 
alcançada, ou seja, para se aumentar o tempo de resistência ao fogo recorre-se, 
muitas vezes, à aplicação de materiais isolantes térmicos por sobre a superfície dos 
componentes estruturais. Alguns materiais utilizados como isolantes térmicos são, 
por exemplo, lã de rocha, revestimentos intumescentes, argamassas, placas, fibras 
minerais, etc.. A título de exemplo, assumindo um tempo de resistência ao fogo de 3 
horas para um edifício de grande porte em aço estrutural comum, seria necessária 
uma camada de cerca de 50 mm de isolamento térmico na superfície dos elementos 
estruturais para que a temperatura nos mesmos não supere os 550º C. Por outro 
lado, a utilização de materiais isolantes implica em alguns efeitos indesejáveis. A 
utilização da camada de isolamento térmico pode onerar em cerca de 10 a 30% ocusto total da estrutura metálica utilizada, reduzindo a competitividade da construção 
metálica. 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS ESTRUTURAIS 
 
DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMAÇÃO 
Uma barra metálica submetida a um esforço crescente de tração sofre uma 
deformação progressiva de extensão. 
A relação entre a tensão aplicada e a deformação linear específica de alguns aços 
estruturais pode ser vista no diagrama de tensão-deformação abaixo: 
 
Até certo nível de tensão aplicada, o material trabalha no regime elástico-
linear, isto é, segue a lei de Hooke e a deformação linear específica é proporcional 
ao esforço aplicado. 
A proporcionalidade pode ser observada no trecho retilíneo do diagrama 
tensão deformação, a seguir, e a constante de proporcionalidade é denominada 
módulo de deformação longitudinal ou módulo de elasticidade. Ultrapassado o limite 
de proporcionalidade (fp)1, tem lugar a fase plástica, na qual ocorrem deformações 
crescentes sem variação de tensão (patamar de escoamento). O valor constante 
dessa tensão é a mais importante característica dos aços estruturais e é 
denominada resistência ao escoamento. 
Até certo nível de tensão aplicada, o material trabalha no regime elástico-
linear, isto é, segue a lei de Hooke e a deformação linear específica é proporcional 
ao esforço aplicado. 
Após o escoamento, a estrutura interna do aço se rearranja e o material vai 
ao encruamento, em que se verifica novamente a variação de tensão com a 
deformação específica, porém de forma não linear. 
O valor máximo da tensão antes da ruptura é denominado resistência à 
ruptura do material. 
A resistência à ruptura do material é calculada dividindo-se a carga máxima 
que ele 
suporta, antes da ruptura, pela área da seção transversal inicial do corpo de prova. 
Observa-se que fu é calculado em relação à área inicial, apesar de o material sofrer 
uma redução de área quando solicitada à tração. Embora a tensão verdadeira deva 
ser calculada considerando-se a área real, a tensão tal como foi definida 
anteriormente é mais importante para o engenheiro, pois os projetos são feitos com 
base nas dimensões iniciais. 
Em um ensaio de compressão, sem a ocorrência de instabilidades, obtém-se um 
diagrama tensão-deformação similar ao do ensaio de tração. 
 
 
 
 
ELASTICIDADE 
Uma peça de aço sob efeito de tensões de tração ou de compressão sofre 
deformações, que podem ser elásticas ou plásticas. Tal comportamento se deve à 
natureza cristalina dos metais, pela presença de planos de escorregamento de 
menor resistência mecânica no interior do reticulado. 
Elasticidade de um material é a sua capacidade de voltar à forma original em 
ciclo de carregamento e descarregamento. A deformação elástica é reversível, ou 
seja, desaparece quando a tensão é removida. A deformação elástica é 
consequência da movimentação dos átomos constituintes da rede cristalina do 
material, desde que a posição relativa desses átomos seja mantida. A relação entre 
os valores da tensão e da deformação linear específica, na fase elástica, é o módulo 
de elasticidade, cujo valor é proporcional às forças de atração entre os átomos. Nos 
aços, o módulo de elasticidade vale aproximadamente, 20 000 kN/cm². 
 
 
 
 
 
 
 
PLASTICIDADE 
Deformação plástica é a deformação permanente provocada por tensão igual 
ou superior à fp - resistência associada ao limite de proporcionalidade. É o resultado 
de um deslocamento permanente dos átomos que constituem o material, diferindo, 
portanto, da deformação elástica, em que os átomos mantêm as suas posições 
relativas. A deformação plástica altera a estrutura interna do metal, tornando mais 
difícil o escorregamento ulterior e aumentando a dureza do metal. Esse aumento na 
dureza por deformação plástica, quando a deformação supera ἑ s , é denominado 
endurecimento por deformação a frio ou encruamento e é acompanhado de 
elevação do valor da resistência e redução da ductilidade do metal. 
 
DUCTILIDADE 
Ductilidade é a capacidade dos materiais de se deformar sem se romper. 
Pode ser medido por meio do alongamento ( ἑ) ou da estricção, ou seja, a redução 
na área da seção transversal do corpo de prova. Quanto mais dúctil o aço, maior 
será a redução de área ou o alongamento antes da ruptura. A ductilidade tem 
grande importância nas estruturas metálicas, pois permite a redistribuição de 
tensões locais elevadas. As barras de aço sofrem grandes deformações antes de se 
romper, o que na prática constitui um aviso da presença de tensões elevadas. 
 
TENSÕES RESIDUAIS 
As diferentes velocidades de resfriamento, após a laminação, conforme o 
grau de exposição, da chapa ou perfil laminado, leva ao aparecimento de tensões 
que permanecem nas peças, recebendo o nome de tensões residuais ( σr). Em 
chapas, por exemplo, as extremidades resfriam-se mais rapidamente que a região 
central, contraindo-se; quando a região central da chapa resfria-se, as extremidades, 
já solidificadas, impedem essa região de contrair-se livremente. Assim, as tensões 
residuais são de tração na região central e de compressão nas bordas. Essas 
tensões são sempre normais à seção transversal das chapas e, evidentemente, tem 
resultante nula na seção. As operações executadas posteriormente nas fábricas de 
estruturas metálicas envolvendo aquecimento e resfriamento (soldagem, corte com 
maçarico, etc.) também provocam o surgimento de tensões residuais. Esse é o caso 
dos perfis soldados onde, nas regiões adjacentes aos cordões de solda, 
permanecem tensões longitudinais de tração após o resfriamento. Por simplicidade, 
a norma NBR 8800 indica um valor único a ser adotado para a tensão residual em 
vigas, σr = 0,3 fy, para tração ou para compressão. Portanto o diagrama tensão-
deformação didaticamente adotado para projeto é o apresentado na abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEFORMAÇÃO EM ESTRUTURA METALICA ENVOLMENTO TEMPERATURA 
 
COMPORTAMENTO 
 
A estrutura metálica apresentam duas variáveis envolvidas em cálculos de 
resistência dos materiais, as propriedades inerentes ao tipo de material, e pelas 
suas propriedades geométricas, que dependem do seu tamanho. 
 
Os derivados de aço utilizados nas construções são caracterizados por um 
parâmetro que exprime sua resistência como Resiliência e pela sua composição 
química, a quantidade de carbono que pode variar entre 0,05 e 0,4. O aço mantém 
sua característica básica ao ser submetido a altas temperaturas, desde que esta 
temperatura esteja dentro de sua tolerância, ao contrario de materiais como a 
alvenaria e concreto. Porem, sob elevadas temperaturas, de forma semelhante ao 
que ocorre com outros materiais usado em construções, o aço sofre perda de 
resistência e rigidez, além de se expandir; suas propriedades mecânicas e térmicas 
irão variar com a elevação térmica. Vários estudos têm sido conduzidos para a 
determinação das curvas tensão- deformação, para o aço a altas temperaturas 
(como em BROCKENBROUGH, 1970, RUBERT & SCHAUMANN, 1985A, KIRBY & 
PRESTON, 1988, OUTINEN et al1997, MÄKELÄINEN et al., 1998). 
 
 
Existem dois métodos de se determinar experimentalmente as curvas tensão-
deformação a temperaturas elevadas: 
 Isotérmico, em que a amostra é submetida a uma temperatura constante, 
com uma deformação aplicada a uma taxa constante. Esse tipo de ensaio tem 
sido usado tradicionalmente para aplicações em engenharia mecânica. 
 Anisotérmico, em que a amostra é submetida a uma carga constante e a taxa 
de aquecimento é induzida em quantidades pré-determinadas. As 
deformações resultantes são medidas, descontando-se os efeitos das 
deformações térmicas,obtidos com a amostra sem carga, e sujeita às 
mesmas condições de temperatura. 
 As curvas tensão-deformação, para determinadas temperaturas, são obtidas por 
interpolação, a partir de uma família de curvas com diferentes tensões. A taxa de 
aquecimento usada geralmente é de 10°C/min (LAWSON & NEWMAN, 1996). 
O deslocamento dos gases, durante um incêndio, contribui para uniformizar a 
temperatura em volumes em áreas, admitindo-se que a altura do compartimento é 
pouco variável com a ocupação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 AÇO: PROPRIEDADES TÉRMICAS CALOR ESPECÍFICO 
 
 Representa a quantidade de calor necessária para elevar 1 grau Celsius 
temperatura de um quilograma de material. É medido em J/kg·K. (na figura abaixo, o 
Ca se encontra em vermelho para modelos de cálculo mais complexo e preto para 
modelos simples). 
 
 
 
Relação entre calor específico e temperatura. Fonte: PONTICELLI. 
 
 A densidade do aço, independentemente das variações de temperatura, vale: 7850 
kg/m³. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 RELAÇÕES TENSÃO - DEFORMAÇÃO 
O comportamento mecânico estrutural dos aços são caracterizados por uma 
constitutiva tração simétrica e de compressão, no qual é possível identificar três 
fases: 
1) Fase linear elástica, na qual a deformação é reversível e o material 
alcança tensão de escoamento. 
 
2) Fase plástica em que a deformação é permanente e a carga cresce quase 
constantemente (até alcançar, ou seja, mantendo-se E); 
 
3) Fase de tremulação no diagrama: o ensaio muda de estado; as distâncias 
intermoleculares aumentam; 
 
4) Fase de endurecimento em que a carga começa a subir até atingir a carga 
máxima (tensão de ruptura). Atingido esse limite de resistência, devido ao fenômeno 
da estricção, a tensão começa a diminuir até alcançar o máximo de deformação. Em 
seguida, ocorre a crise devido à deformação do material em excesso. É importante 
destacar que a tendência de queda da curva é apenas uma consequência da 
contração lateral que ocorre com o fenômeno da estricção. 
 
 
Relação entre carga e deformação. Fonte: SETTI. 
 
 No caso das estruturas que recebem um aumento de temperatura, as relações 
constitutivas que caracterizam seu comportamento mecânico não apresentam um 
valor definido de tensão de escoamento ou uma fase plástica com o aumento da 
deformação e tensão constante; as relações tensão - deformação do aço a altas 
temperaturas são mostradas na figura abaixo: 
 
 
Relação entre tensão e deformação. Fonte: http://www.amonnfire.it 
 
 As variáveis dos gráficos acima são definidas em função das propriedades 
equivalentes do aço frio por um coeficiente redutor k. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COEFICIENTES DE REDUÇÃO (K) DO AÇO: 
 
 
Variação da característica mecânica de aços expostos ao fogo. Fonte: adaptado de http://www.amonnfire.it. 
 
 
 Note-se que o limite de elasticidade do aço atinge a metade do seu valor 
quando a temperatura chega a 600 °C (gráfico acima). A condição de colapso ocorre 
quando a resistência do material, devido ao aumento da temperatura causada pela 
exposição ao fogo, cai abaixo da tensão induzida por forças externas: a tensão 
dentro do elemento não varia com o tempo, pois a carga aplicada e a geometria da 
seção permanecem constantes. Curiosamente, como acontece com outros materiais 
estruturais, como a madeira, o comportamento ao fogo é exatamente oposta ao caso 
do aço: na verdade, a tensão interna na madeira aumenta inexoravelmente (sob 
carga constante) por causa de redução da seção transversal devido à carbonização, 
enquanto que a resistência do material mantem-se praticamente inalterada com o 
aumento da temperatura. 
 
 
 
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Procedimento. Rio de Janeiro, Jun. 1999. 46 páginas. 
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WIKIPEDIA. “Siderurgia”. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Siderurgia