Aula 01 e 02 - Introdução%2c Tipos e Perfis

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Curso: Engenharia Civil
Professor: Leonardo Costa
Campus VIII – Araruna/PB
O principal processo de fabricação do aço consiste em refinar o
ferro fundido, no qual são adicionados elementos de liga para
produzir o aço especificado.
Aço = minério de ferro + carbono (0 a 2%) + ligas
O carbono aumenta a resistência do aço, porém o torna mais duro
e frágil, dificultando a soldagem. Os aços com baixo teor de
carbono, têm menor resistência à tração, porém são mais dúcteis.
As resistências à ruptura por tração ou compressão dos aços
utilizados em estruturas são iguais, variando entre amplos limites,
desde 250MPa até valores acima 1200 MPa.
Os elementos estruturais de aço podem ser até 95% reciclados e
reaproveitados, trazendo benefícios ao meio ambiente. Hoje, 40% da
produção mundial de aço é obtida de aço reciclado.
Para se produzir um elemento novo a partir de um reciclado,
gastasse apenas 1/3 da quantidade de energia que seria necessário
para produzir uma peça a partir de matérias-primas.
Como principais vantagens da utilização do aço estrutural, podemos
citar:
a) Alta resistência do material nos diversos estados de solicitação;
b) Apesar da alta massa específica do aço, na ordem de 7850
kg/m³, as estruturas metálicas são mais leves do que, por exemplo,
as estruturas de concreto armado, proporcionado, assim, fundações
menos onerosas.
c) As propriedades dos materiais oferecem grande margem de
segurança, em vista do seu processo de fabricação que proporciona
material único e homogêneo, com limites de escoamento, ruptura
e módulo de elasticidade bem definidos.
Como principais desvantagens da utilização do aço estrutural,
podemos citar:
a) Limitação de fabricação em função do transporte até o local da
montagem final, assim como custo desse mesmo transporte, em geral
bastante oneroso;
b) Necessidade de tratamento superficial das peças estruturais
contra oxidação;
c) Necessidade de mão-de-obra e equipamentos especializados
para a fabricação e montagem.
A versatilidade do aço permite que sua composição química e
processo de produção sejam adaptados com propriedades
específicas, tanto em relação à geometria, resistência à corrosão e
outras características do ambiente de utilização.
Segundo a composição química, os aços são divididos em dois grupos:
aços-carbono e aços de baixa liga. Os dois tipos podem receber
tratamento térmico que modificam suas propriedades mecânicas.
Os tipos de aço estruturais são especificados em normas brasileiras e
internacionais.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;
- NBR 8800 – Projeto de estruturas de aço e mistas aço-concreto
- NBR 14762 – Dimensionamento de estruturas em aço com perfis
formados a frio.
ASTM – American Society for Testing and Materials;
EN – Normas europeias.
1.1 Aço carbono
Em função do teor de carbono, distinguem-se três categorias:
Baixo carbono C<0,29%
Médio carbono 0,30%<C<0,59%
Alto carbono 0,60%<C<2,0%
Em estruturas usuais de aço, utilizam-se aços com baixo teor de carbono,
que podem ser soldados sem precauções especiais.
1.2 Aços de baixa liga
Os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de elementos de
liga (cromo, manganês, fósforo, etc), os quais melhoram algumas
propriedades mecânicas.
Alguns elementos de liga produzem aumento da resistência através
da modificação da mircroestrutura, graças a esse fato pode-se obter
resistência elevada com teor de carbono de 0,20% (permitindo soldagem
sem preocupações especiais).
Adicionando cobre obtém-se boa resistência atmosférica (resistência à
corrosão)
1.2 Aços de baixa liga
COS-AR-COR - especificado pela COSIPA;
USI-SAC - especificado pela USIMINAS;
CSN-COR - especificados pela CSN.
1.3 Aços patináveis
São aços estruturais de maior resistência à corrosão atmosférica.
Quando expostos sem nenhuma proteção ao ambiente, formam uma
camada de óxido protetora, aderente e impermeável na sua
superfície, conhecida como pátina.
Esta barreira de pátina protetora só é desenvolvida quando a superfície
metálica for submetida a ciclos alternados de molhamento (chuva,
nevoeiro, umidade) e secagem (sol, vento).
O tempo necessário para sua formação varia em função do tipo de
atmosfera a que o aço está exposto, sendo em geral de 18 meses a 3
anos.
1.3 Aços patináveis
1.3 Aços patináveis
1.3 Aços patináveis
1.4 Aços com tratamento térmico
Tanto os aços-carbono quanto os de baixa liga podem ter suas
resistências aumentadas pelo tratamento térmico. A soldagem dos
aços tratados termicamente é, entretanto, mais difícil o que torna seu
emprego pouco usual.
Geralmente o tratamento térmico é dado em aços que são utilizados para
fabricação de parafusos (ASTM A325), barras de protensão e também
de parafusos de alta resistência (ASTM A490).
1.5 Padronização ABNT
Segundo especificação da norma brasileira, os aços podem ser
enquadrados nas seguintes categorias, designadas a partir do limite de
escoamento do aço fy.
MR250, aço de média resistência (fy=250MPa, fu=400MPa)
AR350, aço de alta resistência (fy=350MPa, fu=450MPa)
AR-COR415, aço de alta resistência (fy=415MPa, fu=520MPa), aço
resistente à corrosão.
1.5 Padronização ABNT
1.6 Padronização ASTM
1.6 Padronização ASTM
2.1 – Constantes físicas do aço
• Módulo de Elasticidade (E): E = 200 ~ 210 GPa
• Coeficiente de Poisson (v): v = 0,3
• Coeficiente de Dilatação Térmica (t): t=12x10-6°C
• Peso Específico (g): g=7850kg/m³
• Módulo de Elasticidade Transversal (G): G=0,385E
2.2 - Tensão x Deformação
2.2 - Tensão x Deformação
2.3 – Elasticidade
É a capacidade do material de voltar à forma original após
sucessivos ciclos de carga e descarga. A deformação elástica é
reversível, ou seja, desaparece quando a tensão é removida.
A relação entre a tensão e a deformação linear específica é o módulo de
elasticidade.
2.4 – Ductibilidade
É a capacidade de se deformar plasticamente sem se romper.
Quanto mais dúctil o aço, maior é o alongamento antes da ruptura. A
ductilidade tem grande importância nas estruturas metálicas, pois
permite a redistribuição de tensões locais elevadas.
2.5 – Fragilidade
É o oposto da ductilidade, é quando os aços se tornam frágeis pela ação
de diversos agentes, como baixas temperaturas, efeitos térmicos locais
causados por soldas, efeito de encruamento, etc.
2.7 – Fadiga
Quando as peças metálicas trabalham sob efeito de esforços repetidos
em grande número, pode haver ruptura em tensões inferiores às
obtidas em ensaios estáticos.
A resistência à fadiga das peças é fortemente diminuída nos pontos de
concentração de tensões (por exemplo, solda)
As usinas produzem aços para utilização estrutural sob diversas formas:
chapas, barras, perfis laminados.
As peças são fabricadas em laminadores que, em sucessivos passes, dão
ao aço preaquecido a seção desejada.
Outros perfis estruturais podem ser fabricados a partir do dobramento
de chapas (perfis de chapa dobrada) e por associação de chapas
através de solda (perfis soldados).
No processo de fabricação o controle de qualidade visa garantir que
cada peça seja produzida de acordo com as normas técnicas.
3.1 – Chapas
As chapas são classificadas em grossas (>5mm) ou finas (0,6-5mm):
3.1 – Chapas
As chapas grossas são fabricadas pelas siderúrgicas com largura-
padrão entre 1,00 m a 3,80 m e comprimento-padrão entre 6,00 m a 12,00
m.
As chapas finas apresentam largura-padrão entre 1,00 m e 1,50 m e
comprimento-padrão entre 2,00 m e 6,00 m.
3.2 – Perfis laminados
Perfis laminados são aqueles fabricados a quente nas usinas
siderúrgicas e são os mais econômicos para utilização em edificações
de estruturas metálicas, pois dispensam a fabricação “artesanal” dos
perfis soldados ou dos perfis formados a frio.
3.2 – Perfis laminados
Peças que apresentam grande eficiência estrutural podendo ser
encontradas sob diversas geometrias, sendo algumas apresentadas nas
figuras abaixo.
3.2 – Perfis laminados
3.2 – Perfis laminados
A designação de perfis metálicos laminados segue determinadaordem
Código, altura (mm), peso (Kg/m)
Como exemplo de códigos teremos:
L – Cantoneiras de abas iguais ou desiguais
I – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘ I ‘
H – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘H’
...
3.2 – Perfis laminados
3.2 – Perfis laminados
Como exemplo de designação de perfis teremos:
 L 50 x 2,46
Perfil L de abas iguais de 50mm e peso de 2,46 kg/m
 L 100 x 75 x 10,71
Perfil L de abas desiguais de 100mm de altura por 75mm de largura e 
peso de 10,71 kg/m
 I 200 x 27
Perfil ‘ I ‘ com altura de 200mm e peso de 27 Kg/m
3.2 – Perfis laminados
3.3 – Perfis Soldados
Perfil soldado é o perfil constituído por chapas de aço estrutural, unidas
entre si por soldagem a arco elétrico.
São elementos que surgiram de forma a suprirem as limitações
impostas pelos perfis laminados tipo I. Podendo ser encontrados sob
diversas geometrias, como H, I, L.
A norma também permite que sejam criados perfis especiais, de
modo a suprir as necessidades do projetista. O custo para a fabricação
dos perfis soldados, no entanto, é maior do que para a laminação dos
perfis laminados.
3.3 – Perfis Soldados
3.3 – Perfis Soldados
3.3 – Perfis Soldados
3.3 – Perfis Soldados
A nomenclatura é dada pelo símbolo do perfil utilizado seguido pela sua
altura em mm e a massa em kg/m.
Série - Altura em milímetros - Massa aproximada em kg/m
CS 300x62
(d = 300mm; massa = 62,4 kg/m)
3.3 – Perfis Soldados
3.4 – Perfis Formados a Frio
Nem sempre são encontrados no mercado os perfis laminados com
dimensões adequadas às necessidades do projeto de elementos
estruturais leves, pouco solicitados, tais como terças, montantes e
diagonais de treliças, travamentos, etc., enquanto os perfis estruturais
formados a frio podem ser fabricados nas dimensões desejadas.
Também conhecidos como perfis de chapas dobradas, vêm sendo
utilizados de forma crescente na execução de estruturas metálicas leves,
pois podem ser projetados para cada aplicação específica.
3.4 – Perfis Formados a Frio
Processo contínuo Processo descontínuo
3.4 – Perfis Formados a Frio
3.4 – Perfis Formados a Frio
A designação de perfis metálicos de chapa dobrada segue determinada 
ordem:
 Tipo, Altura, Aba, Dobra, Espessura (todas as medidas em mm)
Como exemplo de designação de perfis teremos:
 L 50 x 3 – Perfil L de abas iguais de 50mm e espessura de 3mm
 L 50 x 30 x 3 – Perfil L de abas desiguais de 50mm por 30mm e 
espessura de 3mm
 U 150 x 60 x 3 – Perfil U não enrijecido com altura de 150mm, mesa de 
60mm e espessura de 3mm
 U 150 x 60 x 20 x 3 – Perfil U enrijecido com altura de 150mm, mesa de 
60mm, dobra de 20mm e espessura de 3mm
Liege, Bélgica - A estação Liege-Guillemin
Estação Ferroviária Sul de Guangzhou/ TFP Farrells
Mais informações em relação as propriedades dos aços e seções dos
produtos siderúrgicos podem ser obtidos nos endereços das empresas
que produzem o aço:
GERDAU – www.gerdau.com.br
Açominas – www.acominas.com.br
COSIPA – www.cosipa.com.br
CSN – www.csn.com.br
http://www.gerdau.com.br/
http://www.acominas.com.br/
http://www.cosipa.com.br/
http://www.csn.com.br/