Aula Aço FMU

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Engenharia Civil
Disciplina: Estruturas de Madeiras e Metálicas
Professor: Cleber do Prado Ferreira Junior
Índice da aula
• Histórico do aço
• Classificar as propriedades mecânicas do aço;
• Ponderar sobre o comportamento estrutural de ligações 
parafusadas e soldadas;
• Avaliar ligações rígidas ou flexíveis;
• Verificar e criticar as metodologias de fabricação e montagem
• Visualizar diferentes modelos de fabricação e montagem em 
estruturas metálicas
Histórico do aço
• 1780-1820 construíram-se pontes em arco ou treliçadas, com
elementos em ferro fundido trabalhando em compressão.
• 1779 – Primeira ponte em ferro fundido, em Coalbrookdale,
sobre o rio Severn, na Inglaterra. Trata-se de um arco com vão
de 30 metros.
• O ferro forjado já fora utilizado em fins do século XVIII em
correntes de barras, formando os elementos portantes das
pontes suspensas.
• Um exemplo notável de emprego de barras de ferro forjado
foi a ponte suspensa de Menai, no País de Gales.
Construída em 1819-1826, com um vão de 175 metros. 
• Devido à boa resistência à corrosão desse metal, várias obras desse
tipo ainda hoje se encontram em perfeito estado.
• No Brasil, a ponte Ponte da Parahyba sobre o rio Paraíba do Sul, no
Estado do Rio de Janeiro, foi inaugurada em 1857. Os vãos de 30
metros são vencidos por arcos atirantados, sendo os arcos
constituídos de peças de ferro fundido montadas por encaixe e o
tirante em ferro forjado.
• Em meados do século XIX declinou o uso do ferro fundido em
favor do ferro forjado, que oferecia maior segurança.
• As obras mais importantes construídas entre 1850 e 1880
foram pontes ferroviárias em treliças de ferro forjado.
Entretanto, o grande número de acidentes com estas obras
tornou patente a necessidade de estudos mais aprofundados e
de material de melhores características.
• O aço já era conhecido desde a Antiguidade. Não estava,
porém, disponível a preços competitivos por falta de um
processo industrial de fabricação.
• 1856 - O inglês Henry Bessemer inventou, um forno que
permitiu a produção do aço em larga escala, a partir das
décadas de 1860/70. 1864 - Os irmãos Martin desenvolveram
um outro tipo de forno de maior capacidade. Desde então, o
aço rapidamente substituiu o ferro fundido e o forjado na
indústria da construção.
• 1867 - Processo Siemens-Martin
• 1880 - Foram introduzidos os laminadores para barras.
Processos de Fabricação
• Alto Forno
• Conversor de Oxigênio
• Lingotamento 
Contínuo
• Laminação
Classificar as propriedades mecânicas 
do aço
• O aço é uma liga de ferro e carbono com outros elementos 
adicionais como Silício, Manganês, Fósforo, Enxofre, etc.
• Teor de carbono varia entre 0 e 1,7%.
• Aços utilizados em estruturas metálicas são divididos em 2 
grupos:
• Aço carbono;
• Aços de baixa liga.
Diagrama Fe-C
1,7
Aço Carbono
• São os mais utilizados;
• Aumento da resistência em relação ao ferro puro é produzido 
pelo carbono e em menor escala pelo manganês;
ELEMENTOS PERCENTUAIS MÁXIMOS
C 1,7% (2%)
Si 0,6%
Mn 1,65%
Cu 0,6% 0,35%
Aço Carbono
NOMENCLATURA PERCENTUAIS DE CARBONO
Baixo Carbono C < 0,15%
Moderado 0,15% < C < 0,29%
Médio Carbono 0,30% < C < 0,59%
Alto Carbono 0,6% < C < 1,7%
Propriedades Mecânicas de Aços-
carbono 
Aços Baixa Liga
• Aços baixa liga são aços carbono acrescidos de elementos de
liga como Cu, Mn, Mo, Ni, P, V, Zr, etc., os quais melhoram
algumas das propriedades mecânicas.
• Elementos de liga melhoram a resistência do aço através da
microestrutura para grãos finos.
• Obtém-se resistência elevada com teor de carbono da ordem
de 0,20%, o que permite soldagem de aços sem precauções
especiais.
Aço Baixa Liga
• A CSN fabrica o aço tipo A242 (adição de 0,25% a 0,40% Cu), denominado comercialmente aço NIOCOR;
• A Usiminas fabrica ASTM A 36, A 131 GRAU A, A 283 GRAU C, A 1011 SS36, USI CIVIL 250T, ASTM A 572
GRAU 50, ASTM A 1018 HSLA 50, USI CIVIL 345, USI CIVIL 350, NBR 6656 LNE 38 (ou LNE 380), USI LN 380,
USI LN 600, USI CIVIL 300, USIPISO e USI SAR 60A.
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 em estruturas correntes.
Os parafusos de alta resistência utilizados como conectares
são fabricados com aço de médio carbono sujeito a tratamento
térmico (especifcação ASTM A325).
• Os aços de baixa liga com tratamento térmico são empregados
na fabricação de barras de aço para protensão e também de
parafusos de alta resistência (especificação ASTM A490).
Ligações de peças metálicas
• Os meios de união entre peças metálicas têm uma importância
fundamental. Basicamente há dois tipos de ligação:
• Por meio de conectores;
• Por meio de soldagem.
Conectores
• Rebites, parafusos são colocados em furos que atravessam as
peças a serem ligadas.
• No século XIX até a metade do século XX, os rebites foram os
meios de ligação mais utilizados.
• Desde então, a soldagem se transformou no elemento mais
utilizados em ligações.
Soldagem
• Graças ao progresso nos equipamentos e à difusão de aços
carbono e aços liga soldáveis;
• Consiste em fundir as partes em contato de modo a provocar
coalescência das mesmas;
• A tendência moderna é utilizar soldagem na fabricação em
oficina, empregando conectores nas ligações executadas no
campo.
Tipos de ligações
Tipos de ligações
Tipos de ligações
Discussões anteriores
• TCC
• Aço Forjado e Ferro Forjado?
• Soldagem de trilhos ferroviários (”solda aluminotérmica”)
• Laminação
• Diagrama ! × #
Comportamento dos Metais quando 
submetidos à Tensão
30
Deformação (ε)
Te
ns
ão
 (σ)
LRT
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
ØPrecede à deformação plástica;
ØÉ reversível;
ØDesaparece quando a tensão é
removida;
ØÉ praticamente proporcional à
tensão aplicada (obedece a lei
de Hooke).
31
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
ØÉ provocada por tensões que
ultrapassam o limite de elasticidade.
ØÉ irreversível porque é resultado do
deslocamento permanente dos
átomos e portanto não desaparece
quando a tensão é removida.
Te
ns
ão
Deformação
Te
ns
ão
Deformação
Deformação Plástica
32
Te
ns
ão
Deformação
Te
ns
ão
Deformação
(a) Curva tensão x deformação
para um metal típico. A
transição do comportamento
elástico para o plástico é uma
transição gradual para a
maioria dos metais.
(b) Curva tensão x deformação
típica para o aço. A transição
elastoplástica é muito bem
definida (ocorre de forma
abrupta).
Limite de Elasticidade
Corresponde à
máxima tensão que o
material suporta sem
sofrer deformação
permanente
33
Limite de Escoamento 
34
Limite de Resistência à Tração
Ø Corresponde à tensão
máxima aplicada ao
material antes da ruptura
(muitas vezes é superior
à tensão de ruptura).
Ø É calculada dividindo-se
a carga máxima
suportada pelo material
pela área de seção reta
inicial.
35
Deformação (ε)
Te
ns
ão
 (σ)
LRT
Tensão de Ruptura
Ø Tensão na qual
ocorrer a fratura
definitiva do material.
Ø O limite de ruptura é
geralmente inferior ao
limite de resistência em
virtude de que a área
da seção reta para um
material dúctil reduz-se
antes da ruptura
36
Deformação (ε)
Te
ns
ão
 (σ)
Esboço da Curva obtida no 
Ensaio De Tração 
37
Região de Escoamento –
se caracteriza por um 
aumento relativamente 
grande na deformação, 
acompanhado por uma 
pequena variação da 
tensão. 
Região de 
comportamento plástico –
a região plástica é
caracterizada pela 
presença de deformações 
permanentes.
DuctilidadeRepresenta uma
medida do grau de
deformação plástica
que foi suportado
quando da fratura.
38
A ductilidade dá uma indicação para o projetista do grau segundo o
qual uma estrutura irá se deformar plasticamente antes de fraturar.
Te
ns
ão
Deformação
Ø Alongamento percentual
(AL%)
Porcentagem de deformação 
plástica no momento da fratura
39
Ductilidade
AL% = !"#!$!$ ×100
ØEstricção (RA%)
Redução da área percentual
RA% = ($#("($ ×100
Comportamento A36 e A242
Comportamento de outros aços
ABNT
• Segundo a especificação NBR 7007 – Aços para perfis 
laminados para uso estrutural da ABNT (Associação Brasileira 
de Normas Técnicas), os aços podem ser enquadrados nas 
seguintes categorias, designadas a partir do limite de 
escoamento de aços, (ver Seção 1.5):
• MR250, aço de média resistência ( fy = 250 MPa; fu = 400 MPa)
AR350, aço de alta resistência ( fy = 350 MPa; fu = 450 MPa)
AR-COR415, aço de alta resistência (fy = 415 MPa; fu = 520 
MPa), resistente à corrosão. O aço MR250 corresponde ao aço 
ASTM A36. 
SAE
• SAE (Society of Automotive Engineers) 
• 1. Aço-carbono 
• 2. Aço-níquel 
• 3. Aço-cromo-níquel 
• 4. Aço-molibdênio 
• 5. Aço-cromo 
• 6. Aço-cromo-vanádio 
• 7. Aço-tungstênio
• 8. Aço-níquel-manganês 
• 9. Aço-silício-manganês 
Ensaio de Tração e Cisalhamento
! = #$% = ∆''(! = ) × %
200.000 < E < 210.000 MPa
Calcular:
• Barra de seção circular com diâmetro de 1”
• Está sujeita a uma tração axial de 35kN
• Comprimento inicial (lo) = 3,5m
• ∆" = ? % = &'( = ∆"")% = * × (
E = 200.000 MPa
Ensaio de Cisalhamento
! = #$%&ã( )$ *+&,-ℎ,/$%0(1 = )+&0(2çã(45 = #$%&ã( )$ 6&7(,/$%0(45 ≅ 0,64<
Propriedades Mecânicas Gerais
• Módulo de elasticidade, E = Ea = 200 000 MPa; 
• Coeficiente de Poisson, νa = 0,3; 
• Módulo de elasticidade transversal, G = 77 000 MPa; 
• Coeficiente de dilatação térmica, βa = 1,2 × 10-5 °C-1; 
• Massa específica, ρa = 7 850 kg/m3.
Classificação das ligações
• De acordo com a rigidez da ligação; 
• De acordo com os meios de ligação utilizados;
• De acordo com a posição dos esforços solicitantes em relação 
aos meios de ligação; 
• De acordo com o local de execução das ligações.
Classificação quanto à rigidez da 
ligação
• Ligação Rígida – é dada continuidade total entre as partes conectadas, de
modo que o ângulo original entre as peças que se interceptam permanece
praticamente inalterado. Uma ligação é considerada rígida se, após o
carregamento, atingir 90% ou mais do momento teórico esperado caso a
conexão fosse um engaste perfeito.
• Ligação Flexível – nesta ligação a restrição à rotação deve ser tão
pequena quanto possível. Uma ligação é considerada flexível se a rotação
relativa ente as peças conectadas, após o carregamento, atingir 80% ou
mais da rotação teórica esperada caso a conexão fosse uma rótula
perfeita.
• Ligação Semi-rígida – nesta ligação o momento transmitido é nem zero
(ou próximo de zero), como no caso de ligações flexíveis, nem o momento
máximo (ou próximo dele), como no caso de ligações rígidas.