Propriedades mecânicas de aços estruturais

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ESTRUTURAS DE AÇO
2019.2
Professora: Marina Evangelista
AULA 02
Materiais estruturais
1
ESTRUTURAS DE AÇO
1. Processo de fabricação do aço
2
Como é feito aço?
https://www.youtube.com/watch?v=IC-81In72YI&t=3s
https://www.youtube.com/watch?v=IC-81In72YI&t=3s
ESTRUTURAS DE AÇO
2. Aços estruturais de perfis
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.1. Sob tensão normal
 Realizam-se ensaios de tração sob temperatura atmosférica,
de corpos de prova apropriados isentos de tensão residual.
 Obtêm-se diagramas de tensão x deformação (Figura 2.1),
em que o material está inicialmente em regime elástico e,
depois, em regime plástico, que se subdivide nas fases de
escoamento e encruamento.
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2. Aços estruturais de perfis
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.1. Sob tensão normal
Regime elástico
 Trecho reto que se inicia na origem e se encerra quando o aço atinge 
a tensão 𝑓𝑦(tensão de escoamento);
 Aço segue a Lei de Hooke, o que significa que deformações e tensões 
seguem a seguinte relação linear:
σ=𝐸𝑎ε
𝐸𝑎=200.000MPa (módulo de elasticidade ou 
módulo de Young).
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.1. Sob tensão normal
Regime elástico
 O descarregamento ocorre segundo o mesmo caminho do
carregamento, apenas com sentido inverso, e a deformação
desaparece completamente.
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.1. Sob tensão normal
Regime plástico
Fase de escoamento
Fase de encruamento
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.1. Sob tensão normal
Regime plástico
Fase de escoamento:
 Inicia no trecho do diagrama em que o aço fica com tensão constante,
𝑓𝑦;
 A deformação aumenta consideravelmente, atingindo valores entre
1% a 5%;
 Conhecido como patamar de escoamento.
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.1. Sob tensão normal
Regime plástico
Fase de encruamento:
 O aço sofre um rearranjo cristalino, denominado encruamento ou
endurecimento, que faz a tensão crescer novamente, porém sem
relação linear com a deformação;
 Atinge a tensão mais elevada 𝑓𝑢, resistência à ruptura;
 A deformação varia entre 10% a 30%.
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.1. Sob tensão normal
Regime plástico
Fase de encruamento:
Estricção:
 Ao alcançar a tensão 𝑓𝑢 a área da seção transversal na região central
do corpo de prova começa a reduzir mais rapidamente, fenômeno
conhecido como estricção;
 Ruptura ocorrendo com deformação da ordem de 15% a 40%.
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.2. Sob tensão de cisalhamento
 Um corpo de prova submetido à tensão de cisalhamento possui um 
diagrama de tensão x deformação parecido com aquele relacionado 
às tensões normais de tração;
 A tangente do ângulo de inclinação do segmento reto inicial 
denomina-se módulo de elasticidade transversal ou módulo de 
rigidez do aço, representado por 𝐺𝑎.
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.2. Sob tensão de cisalhamento
Módulo de rigidez do aço (𝐺𝑎)
𝐸𝑎 = 200.000 Mpa (módulo de elasticidade);
𝑣𝑎 = 0,3 em regime elástico (coeficiente de Poisson).
𝐺𝑎 = 76.963 Mpa
𝐺𝑎 ≅ 77.000 MPa
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.2. Sob tensão de cisalhamento
Resistência ao escoamento por cisalhamento (𝑓𝑣𝑦)
• Varia entre a metade e 5/8 da resistência ao escoamento à tensão 
normal (𝑓𝑦);
• É possível chegar teoricamente ao seguinte valor, tradicionalmente 
usado em projetos estruturais:
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.2. Sob tensão de cisalhamento
Resistência à ruptura por cisalhamento (𝑓𝑢𝑣)
• Situa-se a entre 2 3 e 
3
4 da resistência à ruptura à tensão normal 
(𝑓𝑢).
• Por simplicidade e a favor da segurança, adota-se:
𝑓𝑢𝑣 = 0,6 𝑓𝑢
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.3. Massa específica, peso específico e coeficiente de 
dilatação térmica
Os aços estruturais apresentam:
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.3. Massa específica, peso específico e coeficiente de 
dilatação térmica
Massa específica
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.3. Massa específica, peso específico e coeficiente de 
dilatação térmica
Peso específico
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2.1. Propriedades mecânicas
2.1.3. Massa específica, peso específico e coeficiente de 
dilatação térmica
Coeficiente de dilatação térmica
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2.2. Composição química
• Possuem 95% de ferro em sua composição, e carbono a uma
porcentagem máxima de 0,29%. Podem possuir outros elementos
químicos para melhorar determinadas propriedades mecânicas ou a
durabilidade do aço.
• O carbono é o principal elemento utilizado para aumentar a resistência
mecânica do aço, mas reduz sua soldabilidade e a ductilidade.
Propriedades semelhantes são observadas com o manganês, o silício, o
cobre, o cromo, o titânio e o níquel.
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2.2. Composição química
• O nióbio, o vanádio e o molibdênio aumentam a resistência mecânica
sem prejudicar a soldabilidade.
• O cobre, o cromo e o níquel igualmente aumentam a resistência à
corrosão atmosférica, assim como o molibdênio.
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2.3. Classificação
Os aços mais usados no Brasil são classificados em:
Aços–carbono
Aços de baixa liga e alta resistência mecânica
Podem possuir resistência atmosférica normal ou superior
Aços resistentes à corrosão atmosférica
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2. Aços estruturais de perfis
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2.3. Classificação
A ABNT NBR 8800:2008 exige que os aços estruturais 
possuem:
• Resistência ao escoamento 𝑓𝑦 máxima de 450 Mpa;
• Relação mínima entre as resistências à ruptura e ao 
escoamento 
𝑓𝑢
𝑓𝑦
de 1,18.
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2.3. Classificação
2.3.1. Aços-carbono
• Resistência ao escoamento máxima de 300 MPa;
• Nível de resistência desses aços se deve principalmente à 
presença do carbono, a uma quantidade entre 0,15% e 
0,29%, e do manganês em porcentagem máxima de 1,5%;
• Também costumam possuir silício, cobre, fósforo e enxofre.
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2.3. Classificação
2.3.2. Aços de baixa liga e alta resistência mecânica
• Conhecidos como aços microligados ou de alta resistência;
• Teor de carbono entre 0,05% e 0,25% e de manganês inferior 
a 2%, acrescidos de elementos de liga;
• Têm propriedades mecânicas superiores às dos aços-carbono 
com baixo custo de produção;
• Resistência de escoamento entre 275 MPa e 450 Mpa.
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2.3. Classificação
2.3.3. Aços resistentes à corrosão atmosférica
• Conhecidos como aços patináveis e, exceto nos ambientes 
que impedem a formação da patina;
• Podem ser utilizados sem pintura ou sem outro tipo de 
proteção.
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2.3. Classificação
2.3.3. Aços resistentes à corrosão atmosférica
Pátina = formação de película de 
óxidos, de coloração castanho-
alaranjada, insolúvel, contínua e 
aderida à superfície das peças 
expostas à atmosfera;
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2.4. Aços estruturais usados no Brasil
2.4.1. Aços normatizados
 Atendem às condições relacionadas às propriedades mecânicas 
exigidas pela ABNT NBR 8800:2018.
 Aços previstos na ABNT NBR 7007:2002:
MR - média resistência mecânica;
AR - alta resistência mecânica;
COR - resistência à corrosão atmosférica.
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2.4. Aços estruturais usados no Brasil
2.4.1. Aços normatizados
São citados o número e o 
ano da NBR, sua aplicação 
e a denominação dos 
aços, com os respectivos 
valores mínimos da 𝑓𝑦 e 
𝑓𝑢.
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2.4. Aços estruturais usados no Brasil
2.4.1. Aços normatizados
A ABNT NBR 
8800:2008 permite o 
emprego de aços 
estruturais de 
especificação norte-
americana ASTM.
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2.4. Aços estruturais usados no Brasil
2.4.1. Aços produzidos pelas usinas siderúrgicas 
• A ABNT NBR 8800:2008 o uso de outros, desde que 
atendam às condições relacionadas as propriedades 
mecânicas;
• As usinas siderúrgicas brasileiras produzem aços estruturais 
baseados em especificações próprias que são utilizados com 
frequência nas construções
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2.4. Aços estruturais usados no Brasil
2.4.1. Aços produzidos pelas usinas siderúrgicas 
Aços estruturais 
produzidos pela 
Usiminas e CSN para 
chapas.
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3. Referências 
• FAKURY, Ricardo; SILVA, Ana Lydia R. Castro E; CALDAS, Rodrigo 
B. Dimensionamento de Elementos Estruturais de Aço e 
Mistos de Aço e Concreto. São Paulo – Pearson, 2016.
• PFEIL, Walter; PFEIL, Michele. Estruturas de Aço. 8.ed.rev. Rio 
de Janeiro: LTC, 2009. 
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OBRIGADA!
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