Cap 3 - Propriedades dos Aços

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ESTRUTURAS DE CONCRETO – CAPÍTULO 3 
Libânio M. Pinheiro 
Cplaboradores: 
Andreilton P. Santos, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos, Artur L. Sartorti 
Fevereiro de 2016 
AÇOS PARA ARMADURAS 
3.1 DEFINIÇÃO E IMPORTÂNCIA 
O aço é uma liga de ferrocarbono em que o teor de carbono varia de zero a 
1,7%. Nessa liga há elementos adicionais: silício, manganês, fósforo, enxofre etc. O 
aço é resultante da eliminação total ou parcial de elementos inconvenientes que se 
fazem presentes no produto obtido na primeira redução do minério de ferro. 
Os aços estruturais para construção civil possuem teores de carbono da 
ordem de 0,18% a 0,25%. 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. Em condições adequadas, apresenta também resistência a 
variações de temperatura, intempéries e agressões químicas. 
Como o concreto simples apresenta pequena resistência a tração e é frágil, 
é muito conveniente sua associação com o aço, obtendo-se o concreto armado. 
Esse material, adequadamente dimensionado e detalhado, resiste muito 
bem à maioria dos tipos de solicitação. Mesmo em peças comprimidas, além de 
fornecer ductilidade, o aço aumenta a resistência da peça de concreto à 
compressão. 
3.2 OBTENÇÃO DO PRODUTO SIDERÚRGICO 
O ponto de partida para obtenção do aço é o minério de ferro. A hematita 
(Fe2O3) é atualmente o minério de ferro de maior emprego na siderurgia, sendo o 
Brasil um dos grandes produtores mundiais. 
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3.2 
Generalizando, 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 e tratamento mecânico. 
a) Preparação ou tratamento do minério e do carvão 
A primeira fase consiste na preparação do mineral extraído da natureza, 
geralmente feita a céu aberto, visto que a sua ocorrência é em grande quantidade. 
Nessa fase o material é passado por britadeiras, seguida de classificação pelo 
tamanho. É lavado com jato de água, para eliminar argila, terra etc. 
Como o minério deve entrar no alto forno com granulometria padronizada, os 
pedaços pequenos são submetidos à sinterização ou pelotização, para se 
aglutinarem em pedaços maiores. 
O coque é um combustível obtido com o aquecimento do carvão mineral, 
resultando carbono e cinzas. 
Atualmente costuma-se misturar, já nesta fase, um fundente (como o 
calcário), necessário à formação da escória de alto forno, que abaixa o ponto de 
fusão da mistura, e com isso se obtém maior eficiência das operações de alto forno. 
b) Redução do minério de ferro 
A redução tem como objetivo retirar o oxigênio do minério, que assim será 
reduzido a ferro, e o separa da ganga. Esta é o resultado da combinação de carbono 
(coque) com o oxigênio do minério. 
Em temperaturas elevadas, as reações químicas que ocorrem entre o coque 
e o minério de ferro separam o ferro do oxigênio. Este reage com o carbono do 
coque, formando dióxido de carbono (CO2), principalmente. 
Simultaneamente, a combustão do carvão e o oxigênio do ar fornecem calor 
para fundir o metal reduzido e a ganga, que se combina ao mesmo tempo com os 
fundentes, formando a escória, que se separa do ferro no estado líquido, em virtude 
do seu menor peso específico. 
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3.3 
Esse processo ocorre no alto forno, com altura de 50 m a 100 m. Um 
elevador alimenta o forno com o minério de ferro, coque e o fundente. Na base é 
injetado ar quente. A temperatura varia de 1000C no topo a 1500C na base. 
Na base do alto forno obtém-se a escória de alto forno e o ferro gusa, que é 
quebradiço e tem baixa resistência, por apresentar altos teores de carbono e de 
outros materiais, entre os quais silício, manganês, fósforo e enxofre. 
c) Refino 
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. Nas 
lingoteiras, inicia-se o processo de solidificação do aço, com a formação de uma fina 
casca sólida na superfície do material. 
Após a passagem pela lingoteira, existe a câmara de refrigeração, onde é 
feita a aspersão de água que se encontra sobre a superfície sólida e ainda rubra do 
material, auxiliando sua solidificação até o núcleo. 
d) Tratamento mecânico 
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. 
3.3 TRATAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS 
Como foi visto, o aço obtido nas aciarias apresenta granulação grosseira, é 
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3.4 
quebradiço e de baixa resistência. Para aplicações estruturais, ele precisa sofrer 
modificações, o que é feito por dois tipos de tratamento: a quente e a frio. 
a) Tratamento a quente 
Chama-se tratamento mecânico a quente quando a temperatura de trabalho 
é maior 720C (zona crítica), situação o aço é mais mole, sendo mais fácil de 
trabalhar. Nessas temperaturas há uma modificação da estrutura interna do aço, 
ocorrendo homogeneização e recristalização com a redução do tamanho dos grãos, 
melhorando as características mecânicas do material. 
Os tipos de tratamento a quente são: forjamento, laminação, trefilação e 
extrusão (Figura 3.1). A trefilação é usada em tratamento a frio, como será visto 
mais adiante. 
 
Figura 3.1 – Tipos de tratamento mecânico no aço. 
No forjamento a forma desejada da peça é obtida por martelamento ou por 
aplicação gradativa de pressão. A maioria das operações de forjamento ocorre a 
quente, embora certos metais possam ser forjados a frio. 
A laminação consiste na passagem do material entre dois rolos que giram 
em sentidos opostos e estão espaçados de uma distância inferior à espessura da 
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3.5 
peça a laminar. Nessas condições, em função do atrito entre o metal e os rolos, a 
peça é “puxada” pelos rolos, tendo sua espessura reduzida, o comprimento 
alongado e a largura levemente aumentada. 
Na laminação, o controle do atrito entre os rolos é fundamental, pois ele 
define a maior redução possível, sem forças externas que empurrem a peça. 
Na extrusão o tarugo é refundido e forçado a passar por orifício com a forma 
desejada. 
Na trefilação, semelhante à extrusão, o aço é forçado a passar por seções 
menores, porém ele é puxado enquanto na extrusão ele é empurrado. 
São tratados a quente os aços CA-25 e CA-50. A sigla CA refere-se a 
concreto armado, e o número que a sucede corresponde à resistência característica 
de escoamento em kN/cm2 (ou kgf/mm2). Por exemplo, para o CA-50, fyk é igual a 
50 kN/cm2 ou a 500 MPa, sendo fyk a resistência ao escoamento do aço com seu 
valor característico. 
Esses aços tratados a quente apresentam como principais características: 
melhor trabalhabilidade, aceitam solda comum, possuem diagrama tensão-
deformação com patamar de escoamento e resistem a incêndios moderados. 
Perdem resistência, apenas, com temperaturas acima de 1150 C. 
A Figura 3.2 apresenta um diagrama tensão versus deformação para uma 
barra de aço CA-50.Na Figura 3.2 tem-se: 
 Aço CA 50 e diâmetro de 6,3 mm; 
 Valores nominais As = 31,2 mm
2; fyk = 500 MPa; fstk = 550 MPa; 
 Valores medidos As = 31,2 mm
2; fy = 640 MPa; fst = 750 MPa; Øeq = 6,3 mm. 
 
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3.6 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Deformação (‰)
T
e
n
s
ã
o
 (
M
P
a
)
 
Figura 3.2 – Diagrama de aço tratado a quente (Fonte: Toshiaki Takeya). 
b) Tratamento a frio ou encruamento 
Neste tratamento é imposta uma deformação dos grãos por meio de tração, 
compressão ou torção. Suas consequências são: aumento da resistência mecânica 
e da dureza, e diminuição da resistência à corrosão e da ductilidade, ou seja, 
decréscimo do alongamento e da estricção. 
O processo é realizado abaixo da zona de temperatura crítica (720 C). Os 
grãos são deformados e diz-se que o aço está encruado. 
O trefilamento é o processo mais utilizado de tratamento mecânico a frio. 
Nesse processo o metal é forçado a passar por orifícios de moldagem. É o processo 
das fieiras de arames. No trefilamento, os fios endurecem rapidamente e têm que 
ser recozidos a cada passagem. 
As principais características dos aços tratados a frio são: o diagrama tensão 
versus deformação não apresenta patamar de escoamento definido (é considerado 
um escoamento convencional), a solda torna-se mais difícil e, à temperatura da 
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3.7 
ordem de 600C, o encruamento é perdido, ou seja, o aço volta a ter as 
características anteriores às do tratamento a frio. 
O aço CA-60 é tratado a frio. Na Figura 3.3 apresenta-se um diagrama 
tensão versus deformação para esse tipo de aço. Nessa figura tem-se: 
 Aço CA 60 e diâmetro de 8 mm; 
 Valores nominais As = 50 mm
2; fyk = 600 MPa; fstk = 630 MPa; Es = 210 GPa; 
 Valores medidos As = 49,6 mm
2; fy = 750 MPa; fst = 757 MPa; Es = 188 GPa; 
 Øeq = 7,94 mm. 
 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Deformação (‰)
T
e
n
s
ã
o
 (
M
P
a
)
 
Figura 3.2 - Diagrama de aço tratado a frio (Fonte: Toshiaki Takeya). 
 
3.4 BARRAS E FIOS 
A NBR 7480:2007 “Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto 
armado” fixa as condições exigíveis na encomenda, fabricação e fornecimento de 
barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado, com ou sem 
revestimento superficial. 
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3.8 
Classificam-se como barras os produtos de diâmetro nominal 6,3 mm ou 
superior, obtidos exclusivamente por laminação a quente, sem processo posterior de 
deformação mecânica. De acordo com o valor característico da resistência de 
escoamento, as barras de aço são classificadas nas categorias: CA-25 e CA-50. 
Os fios são aqueles de diâmetro nominal 10 mm ou inferior, obtidos a partir 
de fio-máquina por trefilação ou laminação a frio. Segundo o valor característico da 
resistência de escoamento, os fios são classificados na categoria CA-60. 
Esta classificação pode ser visualizada na Tabela 3.1. 
Tabela 3.1 – Diâmetros nominais conforme a NBR 7480 (2007). 
 
As barras da categoria CA-50 são obrigatoriamente providas de nervuras 
transversais oblíquas. 
Os fios podem ser lisos, entalhados ou nervurados. Os de diâmetro nominal 
igual a 10 mm devem ter obrigatoriamente entalhes ou nervuras. 
A categoria CA-25 deve ter superfície obrigatoriamente lisa, desprovida de 
quaisquer tipos de nervuras ou entalhes. Deve-se adotar como coeficiente de 
conformação superficial mínimo, para todos os diâmetros,  = 1. 
Não é aconselhável o emprego de diâmetros inferiores a 5 mm em 
elementos estruturais moldados in loco, pois os inconvenientes de seu manuseio 
durante a obra, tais como transporte desde a central de armação até sua colocação 
na fôrma e posterior concretagem, podem comprometer o bom funcionamento da 
armadura. 
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3.9 
O comprimento de fornecimento das barras e fios retos deve ser de 12 m e a 
tolerância de ± 1%. São fornecidos em peças, feixes, rolos ou conforme acordo entre 
fornecedor e comprador. 
3.5 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS 
As características mecânicas mais importantes para a definição de um aço 
são o limite elástico, a resistência e o alongamento na ruptura. Essas características 
são determinadas em ensaios de tração. 
O limite elástico é a máxima tensão que o material pode suportar sem que 
se produzam deformações plásticas ou remanescentes, além de certos limites. 
Resistência é a máxima força de tração que a barra suporta, dividida pela 
área de seção transversal inicial do corpo de prova. 
Alongamento na ruptura é o aumento do comprimento do corpo de prova 
correspondente à ruptura, expresso em porcentagem. 
Os aços para concreto armado devem obedecer aos requisitos: 
 Ductilidade e homogeneidade; 
 Valor elevado da relação entre os limites de resistência e de escoamento; 
 Soldabilidade; 
 Resistência razoável a corrosão. 
A ductilidade é a capacidade do material de se deformar plasticamente sem 
romper. Pode ser medida por meio do alongamento específico () ou da estricção. 
Quanto mais dúctil o aço, maior é a redução de área ou o alongamento 
antes da ruptura. 
Um material não dúctil, como o ferro fundido, não se deforma plasticamente 
antes da ruptura. Diz-se, então, que o material possui comportamento frágil. 
Adota-se, para aço destinado a armadura passiva (para concreto armado), 
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3.10 
massa específica de 7850 kg/m3, coeficiente de dilatação térmica  = 10-5/C, para 
temperatura entre -20C e 150C, e módulo de elasticidade de 210 GPa. 
3.6 ADERÊNCIA 
A própria existência do concreto armado decorre da solidariedade entre o 
concreto e o aço, que é proporcionada pela aderência. As nervuras e os entalhes 
nas barras melhoram a aderência, pois garantem maior eficiência na ligação dos 
dois materiais. 
Esse comportamento solidário é quantificado pelo coeficiente de 
conformação superficial de barras e fios, , também conhecido como coeficiente de 
aderência. 
A NBR 7480:2007 indica valores mínimos de  para   10 mm (Tabela 3.2). 
Tabela 3.2 – Valores mínimos de  para   10 mm (NBR 7480:2007) 
 
A NBR 6118:2014 considera um coeficiente semelhante para cálculo, 1, 
cujos valores encontram-se na Tabela 3.3. Nessa tabela, as barras de CA-25 são 
admitidas lisas, as de CA-50, de alta aderência - nervuradas, e as de CA-60, 
entalhadas. 
Tabela 3.3 – Valores mínimos de 1 conforme a NBR 6118:2014 
Tipo de superfície 1 
Lisa 1,0 
Entalhada 1,4 
Nervurada 2,25 
 
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3.11 
3.7 DIAGRAMA DE CÁLCULO 
O diagrama a ser empregado no cálculo, tanto para aço tratado a quente 
quanto o tratado a frio, é o indicado na Figura 3.4, que representa um material 
elastoplástico perfeito. Nessa figura, tem-se: 
fyk: resistência característica do aço à tração; 
fyd: resistência de cálculo do aço à tração, igual a fyk / 1,15; 
Es: módulo de elasticidade. 
 
Figura 3.4 - Diagrama tensão-deformação dos aços para cálculo 
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%. 
As deformações específicas (s) limites do aço são estabelecidas em função 
do concreto que o envolve. 
- Para concretos de classes C20 a C50: 
00
0
2 2 cs  para encurtamento provocado por tensão de compressão constante 
em toda seção transversal da peça – compressão simples; 
00
05,3 cus  para encurtamento provocado por tensão de compressão de variação 
linearem toda seção transversal da peça – flexão simples; 
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3.12 
00
010s para alongamento (limita a abertura de fissura de 1 mm a cada 10 cm). 
- Para concretos de classes C55 a C90: 
53,0
00
0
00
0
2 )50.(085,02  ckcs f para encurtamento provocado por tensão de 
compressão constante em toda seção transversal da peça – compressão simples - 
ckf em MPa; 
4
00
0
00
0 ]100/)90.[(356,2 ckcus f  para encurtamento provocado por tensão de 
compressão de variação linear em toda seção transversal da peça – flexão simples - 
ckf em MPa; 
00
010s para alongamento (limita a abertura de fissura de 1 mm a cada 10 cm). 
 
Outro parâmetro que é útil é a deformação de início de escoamento yd 
indicada na Figura 3.5. 
 
Figura 3.5 – Indicação do valor de yd 
QUESTIONÁRIO 
1. O que é aço? Quais seus elementos adicionais? 
2. Quais os teores de carbono dos aços estruturais para construção civil? Quais as 
características desses aços? 
3. Qual a função do aço em peças de concreto tracionadas ou fletidas? E em 
peças comprimidas? 
4. Qual o minério de ferro de maior emprego na siderurgia? 
5. Quais os estágios de transformação do minério de ferro em aço? 
6. Em que consiste a primeira fase? O que significa sintetização ou pelotização? 
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3.13 
7. O que é e como é obtido o coque? 
8. Por que é necessário usar um fundente? Qual é o geralmente utilizado? 
9. O que significa redução do minério de ferro? E ganga? 
10. Na obtenção do aço, como se forma o CO2? E a escória? 
11. Qual a faixa de altura de um alto forno? Quais os materiais colocados nele? Qual 
sua variação de temperatura? 
12. Que materiais são obtidos na base do alto forno? 
13. Quais as principais características do ferro gusa? Quais as causas delas? 
14. Onde ocorre o refino do aço e o que isto significa? Como é feita essa 
transformação? 
15. Qual a segunda etapa do processo na aciaria? 
16. Durante o refino, o que acontece nas lingoteiras? E na câmara de refrigeração? 
17. Na etapa final de produção, por que é necessário um tratamento mecânico? 
18. A que temperatura é feito o tratamento a quente? Por quê? 
19. Quais os tipos de tratamento a quente? O que é forjamento, laminação e 
extrusão? 
20. Quais os aços para concreto armado (CA) que são tratados a quente? 
21. Para concreto armado, quais os aços tratados a quente? O que significa CA-50? 
22. Quais as principais características dos aços tratados a quente? A que 
temperatura ocorre perda de resistência? 
23. Como é feito o tratamento a frio? Quais suas consequências? 
24. Qual a máxima temperatura em que o tratamento é admitido como feito a frio? 
25. O que é trefilamento? Quais as principais características dos aços tratados a 
frio? A que temperatura ocorre perda de resistência? 
26. Para concreto armado, qual o tipo de aço tratado a frio? 
27. Qual a norma brasileira que fixa as exigências relativas às armaduras de aço 
para estruturas de concreto armado? 
28. Como se classificam as barras? Quais seus diâmetros nominais? 
29. Como se classificam os fios? Quais seus diâmetros nominais? 
30. Que tipo de armadura que deve ser provida de nervuras transversais oblíquas? 
31. Quais os tipos de conformação superficial dos fios? Para qual diâmetro nominal 
o fio deve obrigatoriamente ter entalhes ou nervuras? 
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3.14 
32. Qual a categoria de aço que deve ter superfície obrigatoriamente lisa? 
33. Qual o diâmetro mínimo aconselhável para peças moldadas in loco? Por quê? 
34. Qual o comprimento de fornecimento das barras e fios retos? 
35. Quais mais importantes características mecânicas exigíveis para o aço? Como 
elas são determinadas? 
36. Quais os requisitos que os aços para concreto armado devem obedecer? 
37. O que significa ductilidade? Como pode ser medida? O que é um material frágil? 
38. Qual a massa específica adotada para o aço? E para o módulo de elasticidade? 
39. O que garante a solidariedade entre o concreto e o aço? Qual função das 
nervuras e dos entalhes? 
40. Como é quantificado o comportamento solidário entre o aço e o concreto? 
41. Esquematizar o diagrama tensão versus deformação do aço para o cálculo? 
Qual o significado das grandezas nele indicados? 
42. Por que o alongamento do aço é limitado a 10 ‰? 
43. Quais os valores limites de encurtamento do aço? Como eles foram fixados? 
REFERÊNCIAS 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de 
estruturas de concreto. Rio de Janeiro, 2014. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480: Aço destinado 
a armaduras para estruturas de concreto armado. Rio de Janeiro, 2007. 
SUSSEKIND, J. C. Curso de Concreto. v.1. 6.ed. São Paulo: Globo, 1989. 
PETRUCCI, E. G. R. Materiais de construção civil. 10.ed. São Paulo: Globo, 1995. 
GÓIS, W. Aços para armaduras. Seminário apresentado junto à disciplina: 
Fundamentos do Concreto I. Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola 
de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2002.