CAP2 - AÇOS ESTRUTURAIS

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AÇOS ESTRUTURAIS
Capítulo 2 
Semestre 2021/02
Eng. Renato de Andrade Nahim Safadi
• Denomina-se aços estruturais aqueles que, em razão das suas
propriedades mecânicas e fatores como economia e durabilidade,
são adequados para uso em sistemas submetidos a tensões e
deformações.
• Resistência, custo e vida útil(durabilidade mínima de 50 anos).
2.1 DEFINIÇÃO
• 2.2.1 Propriedades relacionadas à tensão normal.
• Para obtenção das propriedades mecânicas dos aços estruturais
relacionadas ao comportamento sob tensão normal, realiza-se
ensaios de tração, à temperatura atmosférica, de corpos de provas
cilíndricos, e isentos de tensões residuais. São obtidos diagramas
tensão versus deformação como mostrado na figura 2.1
simplificadamente onde se observam 3 fases distintas.
2.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS
𝑓𝑢
• Fase elástica (reta verde no diagrama)
• Corresponde ao trecho reto que se inicia na origem e encerra-se quando o material
atinge a tensão 𝑓𝑦(𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜). O material segue a lei de
Hooke, o que significa que as tensões (σ) e as deformações (ε) obedecem a
seguinte relação linear:
• σ = 𝐸 ∗ ε (2.1)
• Onde E é uma constante denominada módulo de elasticidade, módulo de Young ou
ainda módulo de deformação longitudinal, igual à tangente do ângulo β do trecho
reto. Para efeitos práticos seu valor pode ser considerado como:
• 𝐸 = 200000 Mpa (2.2)
• Nesta fase caso haja o descarregamento, este ocorre segundo o mesmo caminho
do carregamento, apenas com o sentido inverso.
• Fase plástica(reta azul no diagrama)
• Corresponde ao trecho do diagrama em que o material fica com tensão
constante, igual a 𝒇𝒚 𝒕𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒆𝒔𝒄𝒐𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 , enquanto a
deformação aumenta consideravelmente quase sempre valores de 1% a 5%.
Este trecho é conhecido como patamar de escoamento.
• O descarregamento nessa fase ocorre segundo uma reta praticamente
paralela ao seguimento reto inicial. Assim sempre restará uma deformação
residual (ε𝑟).
• Fase de encruamento
• Após o escoamento o material sofre um revigoramento, que recebe a
denominação de encruamento ou endurecimento. Assim a tensão volta a crescer
com o aumento da deformação, porém sem relação linear entre ambas. O material
atinge a sua tensão mais elevada, denominada
𝒇𝒖 𝒕𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒓𝒖𝒑𝒕𝒖𝒓𝒂 . A deformação correspondente varia de
10% a 30%. Nesta etapa o descarregamento assim como na fase plástica ocorre
segundo uma reta praticamente paralela ao seguimento reto inicial.
• Depois de alcançar 𝑓𝑢 a área da seção transversal na região central do corpo de
prova começa a reduzir rapidamente, em um fenômeno conhecido como estricção,
e ocorre uma queda no valor da força de tração aplicada, até o rompimento do
material, sob a deformação da ordem de 15% a 40%. A redução de tensão que se
vê no diagrama após 𝑓𝑢 tem significado apenas matemático e aparece porque
convencionalmente, os valores das tensões são obtidos dividindo-se a força
aplicada pela área original (se a divisão fosse feita pela área reduzida pela
estricção, as tensões seriam sempre crescentes).
2.2.1 Propriedades relacionadas à tensão normal.
Comparativo material dúctil x frágil
2.2.1 Propriedades relacionadas à tensão normal.
Diagrama tração e de compressão
2.2.2. Propriedades relacionadas a tensão de 
cisalhamento
• Um corpo de prova submetido a tensão de cisalhamento, possui um diagrama
tensão versus deformação similar aquele relacionado as tensões normais de tração.
• A tangente do ângulo de inclinação do segmento reto inicial (𝜷𝑽) denomina-se modulo
de elasticidade transversal ou modulo de rigidez, sendo representado por G. 0 seu
valor pode ser obtido da teoria da elasticidade, que relaciona o modulo de rigidez ao
módulo de elasticidade E pela equacão:
𝑮 =
𝑬
𝟐(𝟏 + 𝝂)
2.3
• 𝝂 é o coeficiente de Poisson do aço igual aproximadamente 0,3 em regime
elástico, logo G é:
𝑮 = 𝟕𝟕𝟎𝟎𝟎𝑴𝑷𝒂 2.4
2.2.2. Propriedades relacionadas a tensão de 
cisalhamento
• A resistência ao escoamento por cisalhamento por 𝑓𝑣𝑦, obtida no diagrama, varia
entre a metade e cinco oitavos da resistência ao escoamento da tensão normal
(𝑓𝑦). Valor tradicionalmente utilizado em projetos estruturais:
𝑓𝑣𝑦 = 0,6𝑓𝑦 (2.5)
2.2.2. Propriedades relacionadas a tensão de 
cisalhamento
• A resistência à ruptura ao cisalhamento (𝑓𝑣𝑢) situa-se entre dois terços
e três quartos da resistência à ruptura à tensão normal (𝑓𝑢). Por
simplicidade e a favor da segurança, na prática 𝑓𝑣𝑢 é muitas vezes
tomado como 60% de 𝑓𝑢.
2.2.3. Outras propriedades importantes
• Massa específica do aço:
ρ𝑎 = 7850
𝑘𝑔
𝑚3
(𝟐. 𝟔)
• Peso específico do aço:
γ𝑎 = 77
𝑘𝑁
𝑚3
(𝟐. 𝟕)
• Coeficiente de dilatação térmica:
α𝑎 = 12 𝑥 10
−6 °𝐶−1 (𝟐. 𝟖)
2.3. Composição Química
• Os aços estruturais são materiais que possuem na composição
química uma porcentagem de ferro superior a 95%, carbono
numa porcentagem máxima de 0,29%, além de elementos
como manganês, silício, fósforo, cobre, cromo, nióbio, níquel e
outros, em pequenas quantidades.
• O manganês, silício e o fósforo, aumentam a resistência, porém
assim como carbono muitos destes elementos contribuem para
reduzir a ductilidade e soldabilidade.
• Obs: O cobre, cromo, nióbio, níquel aumentam a resistência à
corrosão pequenas variações nas quantidades dos elementos
permitem obter aços com qualidades diferentes.
2.4. Classificação
• 2.4.1. Aços estruturais utilizados no Brasil
• 02 Tipos:
• 2.4.2.Aços Carbono (aços comuns);
• 2.4.3.Aços de baixa liga e alta resistência mecânica.
• Deve-se destacar que para todas as prescrições da norma brasileira ABNT
NBR8800:2008 sejam válidas, os aços utilizados para o dimensionamento
estrutural deverão possuir resistência ao escoamento de no máximo 450 MPa
para garantir a soldabilidade utilizando os eletrodos que são utilizados na
construção civil, e ainda a relação mínima entre as resistências de ruptura e
escoamento igual (𝑓𝑢/𝑓𝑦) ≥ 1,18.
Condição - (𝑓𝑦) ≤ 450 𝑀𝑃𝑎 𝑒 (𝑓𝑢/𝑓𝑦) ≥ 1,18
2.4. Classificação
TIPO AÇO 
ESTRUTURAL
(𝑓𝑦)
Mínimo
(MPa)
(𝑓𝑦)
Máximo
(MPa)
(𝑓𝒖)
Mínimo
(MPa)
(𝑓𝒖)
Máximo
(MPa)
Carbono (%) Elementos que 
participam da 
resistência
Aço carbono
( aços comuns ou média 
resistência)
230 380 310 480 0,15 e 
0,29
Manganês
Aço de baixa liga e alta 
resistência mecânica
290 450 415 550 Silício, Nióbio, 
cromo, cobre e 
níquel entre 
outros
2.4. Classificação
• 2.4.4. Aços resistentes à corrosão
atmosférica
• Os aços-carbono e os aços de baixa
liga e alta resistência mecânica
podem conter elementos como
manganês, cobre, cromo, níquel e
nióbio, em porcentagens adequadas,
de modo a terem resistência à
corrosão atmosférica superior a
normal, constituindo os chamados
aços resistentes à corrosão
atmosférica.
• Conhecido como aço patinável.
• Gráfico comparativo de perda de espessura x tempo de
exposição de um aço comum e um aço resistente à corrosão
atmosférica.
2.5. Aços estruturais usados no Brasil.
• 2.5.1 Aços normatizados
• A Tabela 2.1 apresenta os aços normatizados pela ABNT para uso estrutural
em perfis de seção aberta e chapas grossas (ver Capitulo 3) que atendam
as condições relacionadas as propriedades mecânicas exigidas pela ABNT
NBR 8800:2008:
(𝑓𝑦) ≤ 450 𝑀𝑃𝑎 𝑒 (𝑓𝑢/𝑓𝑦) ≥ 1,18
Tabela 2.1 – Aços normatizados pela ABNT.
2.5. Aços estruturais usados no Brasil.
• 2.5.1 Aços normatizados
• A ABNT NBR8800:2008 permite aços estruturais de especificação
americana ASTM (American Society for Testing and Materials), sendo
que os mais comuns no Brasil estão na tabela 2.2. Graus diferentes de
um mesmo aço significa variação na composição química, tornando-o
mais ou menos adequado para determinadas aplicações.
• 1) t corresponde à
menor dimensão, ou a
espessura da chapa ou
ao diâmetro da seção
transversaldas barras
redondas lisas.
• 2) A relação fu/fy, não
pode ser inferior a 1,18.
Atenção ao Aço A572 –
Grau 50 muito
utilizado pois é o aço
fabricado pela Gerdau.
2.5. Aços estruturais usados no Brasil.
• 2.5.2 Aços produzidos pela siderúrgicas brasileiras
• Além dos aços estruturais normatizados pela ABNT, apresentados na tabela
2.1 e pela ASTM, as usinas siderúrgicas brasileiras produzem outros aços
estruturais baseados em especificações próprias que obedecem as exigências
anteriormente citadas e que são utilizados normalmente nas construções..
Alguns desses aços, fornecidos na forma de chapas, produzidos pela
USIMINAS, CSN e COSIPA, são apresentados na Tabela 2.3, juntamente
com sua qualidade e propriedades mecânicas.
• Aços proprietários.
Tabela de aços vendidos em Chapas Aços proprietários.
2.6 Questionário do capítulo 2.
1. Diferencie o comportamento do aço estrutural na fase elástica da
fase plástica quando submetido no diagrama de tensão x
deformação.
2. O que é tensão de escoamento?
3. Qual a máxima tensão de escoamento admitida para um aço
estrutural?
4. Qual o aço mais indicado para projetos estruturais fabricados
pela Gerdau?
2.7 BIBLIOGRAFIA
INSTRUÇÃO NORMATIVAS:ABNT NBR8800:2008 - Projeto de estruturas de aço e 
estruturas mistas de aço e concreto de edifícios.
INSTRUÇÃO NORMATIVAS:ABNT NBR7190:1997 -Projeto de estruturas de madeira
REBELLO,YOPANAN CONRADO PEREIRA. Estruturas de aço, concreto e madeira: 
atendimento da expectativa dimensional, 7° EDIÇÃO.
FAKURY,RICARDO HALLAL. Dimensionamento básico de elementos de 
estruturas de aço, São Paulo, 2016.