Estruturas de Aço

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Estruturas de Aço
Introdução às estruturas de aço
DEFINIÇÕES
Os aços estruturais são aqueles que, devido a sua
resistência, ductilidade, e outras propriedades, são
utilizados em elementos estruturais que suportam e
transmitem esforços mecânicos. A sua classificação
pode ser feita sob diversas formas, onde podemos
citar suas propriedades mecânicas, quantidade de
carbono, elementos de liga etc.
Introdução às estruturas de aço
O aço é uma liga de ferro e carbono, com outros
elementos adicionais, como silício, manganês,
fósforo, enxofre etc. O teor de carbono pode variar
desde 0% ate 1,7%. O carbono aumenta a resistência
do aço, porém o torna mais duro e frágil. 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 300 MPa até valores acima
1200 MPa.
Tipos de aços estruturais
Segundo a composição química, os aços
utilizados em estruturas são divididos em dois
grupos: aços-carbono e aços de baixa liga. Os
dois tipos podem receber tratamentos
térmicos que modificam suas propriedades
mecânicas.
O aço-carbono é o aço mais empregado nas
construções, e o aumento da sua resistência é
obtido, principalmente, através do acréscimo
de carbono em relação ao ferro puro. Este
acréscimo de carbono na composição do aço,
conforme anteriormente mencionado, implica
em algumas modificações em suas
propriedades, como a redução da sua
ductilidade, dificultando a soldagem.
Os aços de baixa liga são aços-carbono
acrescidos de elementos de liga (Nióbio,
Manganês, Cobre, Silício, etc.) em pequenas
quantidades, com teor de carbono da ordem
0,20%. Estas adições garantem ao aço a
elevação da sua resistência mecânica,
permitindo ainda, uma boa soldabilidade.
Os aços de baixa liga e alta resistência mecânica
resistentes à corrosão atmosférica, são fabricados a
partir de aços-carbonos, com teor de carbono igual
ou inferior a 0,25%, com adição de alguns elementos
de liga (Vanádio, Cromo, Cobre, Níquel e Alumínio)
não ultrapassando a quantidade de 2%, e limite de
escoamento igual ou superior a 300 MPa. Em
combinações adequadas, os elementos de liga
adicionados promovem ao aço melhoras na sua
ductilidade, tenacidade, soldabilidade, resistência à
abrasão e a corrosão (até 4 vezes).
A elemento cobre, é o responsável pela
criação de uma camada de óxido compacta e
aderente que dificulta a corrosão do aço. Esta
proteção é desenvolvida quando a superfície
metálica é exposta a ciclos alternados de
molhamento (chuva, nevoeiro, umidade) e
secagem (sol, vento).
Propriedades mecânicas
A Figura 1 apresenta o diagrama Tensão x 
Deformação para alguns aços. Para obtenção deste 
diagrama, ensaia-se em laboratório uma haste 
metálica (corpo de prova), devidamente presa a uma 
prensa hidráulica, e aplica-se nesta haste esforços de 
tração, medindo-se as deformações do aço. O 
aparelho responsável pela medição das deformações 
na haste é conhecido como extensômetro.
Constantes Físicas
• Módulo de Elasticidade: E = 205000 MPa 
• Coeficiente de Poisson: ν = 0,3 
• Coeficiente de Dilatação Térmica: β = 12 x 
10-6 °C-1
• Peso Específico: γa = 77 kN/m
Ductilidade
É a capacidade que alguns materiais possuem
de se deformarem antes da ruptura, quando
sujeitos a tensões elevadas. Quanto mais
dúctil o aço, maior a redução de área ou
alongamento antes da ruptura.
Este comportamento fornece avisos de
ocorrência de tensões elevadas em pontos da
estrutura. Em outras palavras é a capacidade
do material de deformar-se sob a ação de
cargas sem que haja colapso imediato.
Fragilidade
Oposto da ductilidade. Propriedade muito
importante e merece ser cuidadosamente
estudada, pois o corpo se deforma pouco
antes da ruptura, que ocorre sem aviso prévio
(ruptura frágil).
Elasticidade
É definida como a capacidade que o material
possui de retornar ao seu estado inicial após o
descarregamento, não apresentando
deformações residuais.
Plasticidade
A deformação plástica é uma deformação
provocada por tensão igual ou superior ao
limite de escoamento. Neste tipo de
deformação, ocorre uma mudança na
estrutura interna do metal, resultando em um
deslocamento relativo entre os seus átomos
(ao contrário da deformação elástica),
resultando em deformações residuais.
Corrosão
É um processo de deterioração dos metais que
resulta da interação entre agentes naturais,
como o gás oxigênio presente no ar e átomos
da superfície do metal.
Tipos de elementos estruturais 
em aço
Chapas
São laminados planos assim denominados
quando uma das dimensões (espessura) é
muito menor que as demais. Sua
especificação, de acordo com a norma, é
através das letras CH seguida da espessura
(mm) e o tipo de aço empregado.
Barras
Quando o diâmetro é muito menor que o seu
comprimento. Sua especificação é através do
símbolo φ, seguido do diâmetro da barra em
mm. As barras que possuem seção transversal
redondas são geralmente empregas nas
estruturas metálicas como tirantes,
contraventamentos e chumbadores.
Perfis Laminados
Peças que apresentam grande eficiência
estrutural podendo ser encontradas sob diversas
geometrias, sendo algumas apresentadas nas
figuras abaixo. Os perfis H, I, C podem ter abas
paralelas (padrão europeu) ou não (padrão
americano), de acordo com sua especificação. Já
os perfis tipo L ou cantoneiras, são formados por
duas abas perpendiculares entre si, podendo
apresentar larguras iguais ou diferentes.
Perfis Soldados
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.
Também possuem grande eficiência estrutural. A
nomenclatura é dada pelo símbolo do perfil
utilizado seguido pela sua altura em mm e a
massa em kg/m.
Perfis de Chapas Dobradas
São perfis formados a frio, padronizados sob
as formas L, U, UE, Z, ZE. Porém, oferecem
grande liberdade de criação ao projetista. O
seu dobramento deve obedecer a raios
mínimos (não muito pequenos) evitando a
formação de fissuras nestes pontos. Esse tipo
de perfil apresenta cantos arredondados e
utilização de aços com alto teor de carbono.