1 aços estruturais

17/7/2014 1 Aos Estruturais

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APOSTILA DE ESTRUTURAS METLICASReferncias Normativas

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1 Aos Estruturais

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1.1 Introduo e Histrico

As primeiras obras de ao surgiram praticamente ao mesmo tempo em que se iniciou a produo industrial dessematerial, por volta de 1780 existe registro da aplicao de ao na escadaria do museu do Louvre, em Paris e

Pouco tempo antes, em 1757, na Inglaterra, foi construda uma ponte em ferro fundido. Com o avano no

processo de fabricao do ao, por volta de 1880, j existe uma grande aplicao de ao na construo civil dos



Estados Unidos. No Brasil, a primeira obra em estrutura metlica foi a ponte sobre o rio Paraba do Sul, no estado

do Rio de Janeiro, em 1857.

No Brasil no existem estatsticas especficas de percentual de tipo de estrutura por metro quadrado. Citando

informaes do Centro Brasileiro da Construo com Ao CBCA, obtidas com base em levantamentos junto asfabricantes de estruturas metlicas, verifica-se que, enquanto nos Estados Unidos 50% das edificaes so

construdas em ao e, no Reino Unido, em 70% delas, no Brasil essa participao de cerca de 15%.

Os dados mais recentes apontam ainda que, de uma demanda total em 2008 superior a 2,8 milhes de toneladas

para construo em ao, os principais destaques foram os aos planos revestidos, destinados a telhas, perfis steel

framing e perfis drywall, que passaram de 502 mil toneladas em 2007, para 729 mil toneladas (+ 45,1%) em

2008; e a demanda dos perfis e tubos para estruturas que cresceu de 284 mil toneladas para 411 mil toneladas (+44,7%) no mesmo perodo.

1.2 Caractersticas principais das estruturas de ao

Embora seja mais correto conceitualmente referir-se a caractersticas do que a vantagens e desvantagens de umdeterminado sistema estrutural, vamos relacionar a seguir alguns aspectos favorveis e desfavorveis da utilizao

do ao em estruturas. Deve-se ressaltar, contudo, que a aplicao de um ou de outro sistema estrutural precedida por uma avaliao das caractersticas de cada sistema, optando pelo mais adequado situaoconsiderada.

Vantagens:

Alta resistncia do material, que possibilita a execuo de estruturas comparativamente leves;

Processo de fabricao garante dimenses e propriedades homogneas para o material e para as peasfabricadas;

Por tratar-se de estrutura com caractersticas de pr-fabricao, a sua aplicao em campo rpida elimpa. Possibilidade de redues em cronogramas;Flexibilidade de aplicao em situaes especiais, tais como: reformas, reforos, canteiros exguos ou

estruturas temporrias.

Desvantagens:

Necessidade de tratamento e cuidados especiais contra corroso;Sensibilidade estrutural em caso de incndio;

Por tratar-se, em geral, de estruturas esbeltas, importante considerar a possibilidade de vibraesindesejveis na estrutura;Necessidade de mo de obra mais especializada e equipamentos para servios de montagem e solda;

Por tratar-se de estrutura com caractersticas de pr-fabricao, o projeto necessita adaptar-se disponibilidade do fornecimento e no o contrrio.

1.3 Caractersticas do ao estrutural

1.3.1 Composio

Sob o ponto de vista de sua fabricao, o ao estrutural tem uma grande variao, porm, pode-se dizer de modo

simplificado, que o elemento mais importante na formulao do ao o Carbono. As variaes no teor dessematerial determinam principalmente alteraes na resistncia e na maleabilidade do ao. Quanto maior o teor deCarbono, maior a resistncia e menos dctil o ao, ou seja, menos capaz de sofrer deformaes sem romper. A

classificao do ao conforme o seu teor de Carbono est colocada a seguir:



1.3.1.1 Aos Carbono

Classificao Teor de Carbono

Baixo Carbono C < 0,15%

Moderado 0,15% C < 0,29%

Mdio Carbono 0,30% < C < 0,59%

Alto Carbono 0,60% < C < 1,70%

Tabela 1.1: Classificao dos aos de acordo com o teor de carbono.

Os aos de teores baixos a moderados so os mais utilizados em estruturas por no necessitarem de cuidadosespeciais para serem soldados. Conforme j mencionado, na medida em que se aumenta o teor de Carbono noao, aumenta-se sua resistncia e diminuda sua ductilidade.

1.3.1.2 Aos de Baixa Liga

So definidos como Aos Carbono que recebem elementos de liga (Cromo, Colmbio, Cobre, Mangans,Molibdnio, Nquel, Fsforo, Vandio, etc) que melhoram a resistncia ou outras propriedades do ao sem alterarsua soldabilidade.

1.4 Propriedades

As principais propriedades mecnicas gerais do ao estrutural esto relacionadas a seguir (NBR-8800-4.5.2.8):

a. Mdulo de Elasticidade Tangente: E = 200.000 MPa;

b. Mdulo de Elasticidade Transversal G = 70.000 Mpa;

c. Coeficiente de Poisson: a = 0,3;d. Coeficiente de Dilatao Trmica: a = 1,2 x 10-6 oC-1;

e. Massa especfica: a = 7.850 Kg/m3.

Diagrama tenso deformao do ao ilustrado na Figura 1.1. No diagrama, fu a resistncia de ruptura do ao

trao ou limite de resistncia trao, fy a resistncia ao escoamento do ao tenso normal ou limite de

escoamento e fp o limite de proporcionalidade.

A NBR 8800 estabelece no item 4.5.2.2 seus limites de aplicabilidade, sua aplicao deve obedecer s seguintescondies: Relao e e qualificao estrutural assegurada por Norma Brasileira e para aos sem essa

qualificao, o responsvel tcnico deve analisar as diferenas entre as especificaes desses aos e os

qualificados por NBR (especialmente no que se refere a mtodos de amostragem para determinao depropriedades mecnicas). Para esses aos tambm devem ser respeitadas as relaes de tenses e os valores

limite expressos mais acima.



Figura 1.1: Diagrama tenso deformao do ao.

Particularidades do comportamento tenso deformao do ao:

Ductibilidade: a propriedade que um material apresenta de se deformar sob ao de cargas. A esta

propriedade est associada a capacidade que estruturas construdas com materiais dteis apresentam de sedeformar plasticamente, redistribuindo as tenses internas.

Ruptura frgil fragilidade: Sob certas condies a o metal perde sua caracterstica de ductibilidade

podendo apresentar um comportamento frgil. Essas condies, que devem ser evitadas, ou verificadas comespecial cuidado, so, por exemplo: estados mltiplos de tenses no previstos no projeto e soldas

indequadas;

Temperatura: Ao serem elevadas as temperaturas, os valores de fu, fy e E se reduzem. Para a temperatura

de 500 oC, as grandezas acima so reduzidas pela metade e para uma temperatura acima desse valor sereduzem a quase zero. A NBR-8800 em seu item 1.6 remete o dimensionamento de estruturas metlicas

sob o efeito de incndio para outra norma, a NBR 14323;

Fadiga: Quando submetidos a ciclos de carga e descarga, o ao estrutural, como outros materiais podesofrer ruptura sob tenses menores que suas resistncias nominais, que so obtidas, em geral, a partir de

ensaios estticos. O anexo K da NBR 8800 trata deste fenmeno.

Corroso: O processo de corroso compromete a resistncia da estrutura pela reduo da seo til dosperfis estruturais. O anexo N da NBR 8800 fornece informaes gerais sobre o processo de corroso e

indica alguns procedimentos preventivos.

1.5 Produtos siderrgicos para estruturas

Os aos estruturais so fornecidos em forma de perfis, chapas, barras, fios e cordoalhas. Sendo que os elementos

estruturais das estruturas metlicas so constitudos primordialmente por perfis metlicos. Abaixo esto colocadasas principais caractersticas e sua nomenclatura em linhas gerais. O anexo A da NBR 8800 apresenta diversos

tipos normalizados de aos estruturais.

1.5.1 Barras

As barras so produtos obtidos por laminao nas sees: circular, quadrada ou retangular alongada (chamada



chata). As barras so referidas pelo seu dimetro ou pelas dimenses de sua seo transversal no caso das

barras chatas. Por exemplo:

Nomenclatura: 25 indica barra com dimetro 25 mm. 127 x 6,4 indica barra chata com seo 127 mm por

6,4 mm (5x ).

Classes de resistncia: De acordo com a tabela A.2 da NBR 8800 as barras tm tenso de escoamento variando

desde 250 MPa at 450 MPa e tenso de ruptura 400 MPa at 550 MPa.

1.5.2 Chapas

As chapas tambm so elementos laminados com espessuras variadas e resistncias variadas. As chapas finas soas que tm espessuras de at 5,0 mm, acima desse valor esto as chapas grossas.

Nomenclatura e classes de resistncia: De modo geral, pode-se referir uma chapa por CH 8 (chapa com 8,0 mmde espessura).

A NBR 8800 refere-se tambm a nomenclatura de acordo com vrias classes de resistncia, por exemplo, paraaos comuns:

- CG-26, chapa grossa com fy=255 MPa e fu=410 MPa;

- CF-26, chapa fina com fy=260 MPa e fu=400 MPa;

- Para aos de baixa liga e alta resistncia mecnica:

- G-35, chapa grossa, fy=345 MPa e fu=450 MPa;

- F-35, chapa fina, fy=340 MPa e fu=450 MPa;

1.5.3 Perfis Laminados, com seo I, H, C (ou U)

Os perfis estruturais podem ser laminados, soldados ou de chapa dobrada, esses ltimos no so definidos pelaNBR 8800, mas em norma especfica, de modo que no sero tratados no presente texto. Existem inmeros

produtos, fabricados em padres americanos (srie americana, perfis de faces, em geral, no paralelas) e padres

europeus (srie europia, de faces paralelas) de modo que sero fornecidas apenas denominaes mais comuns eexemplos. Como regra geral, sempre necessrio trabalhar com a tabela do fornecedor para obter as

propriedades do perfil.

Figura 1.2: Perfis Laminados I, H e C (ou U).

A nomenclatura dos perfis I, H e C (ou U) segue uma regra geral, onde fornecida a indicao da forma do perfil



seguida de sua altura total (d, em mm) e de sua massa linear (kg/m). Por exemplo:

- I 101 x 12,7, perfil I, com d = 101,0 mm e massa linear 12,7 kg/m.

- C (ou U) 254 x 22,7, perfil Tipo C (Channel, ou U), com d = 254,0 mm e massa linear 22,7 kg/m.

No caso de perfis soldados, a regra geral de nomenclatura praticamente a mesma, com os seguintes nomes paraos perfis:

- Perfil tipo viga soldada VS com relao d/bf 4,0 >= d/bf >= 2,0 (em gerald/bf~=2,0)

- Perfil tipo coluna viga soldada CVS 1,0 >= d/bf >= 1,5 (em geral d/bf~=1,5)

- Perfil coluna soldada CS d/bf ~= 1,0

Exemplo:

- VS 200 x 23, viga soldada com d = 200,0 mm e massa linear 23 kg/m.

Existem diversos complementos possveis e algumas nomenclaturas alternativas, por exemplo:

- Perfil W d x massa linear perfil I de aba larga (tabela de perfis AOMINAS)

- Perfil HP d x massa linear perfil H de faces paralelas, ou

- Perfil HPP d x massa linear perfil H com faces paralelas e pesado (existem HPL e HPM, leve e mdio,

respectivamente).

Deve-se salientar, tambm, que a referncia altura do perfil e sua massa linear frequentemente arredondada

nos nomes de perfis das tabelas, de modo que deve-se consultar os valores exatos nas prprias tabelas.

1.5.4 Perfis Laminados, com seo cantoneira (L)

Os perfis cantoneira podem seguir a mesma regra anterior, porm mais comum utilizar nomenclatura prpria,

conforme est colocado a seguir:

- L 102 x 6,4, cantoneira de abas iguais com lado 102,0 mm e espessura 6,4 mm;

- L 89 x 64 X 6,4, cantoneira de abas desiguais, com lados 89,0 e 64,0 mm, e espessura 6,4 mm.

Figura 1.3: Perfis Laminados, cantoneira (L).

1.6 Classes de resistncia dos aos estruturais

A NBR 8800 em seu anexo A, tabelas A.1 e A.2, define as classes de resistncia dos aos. Como regra geral,

temos pela nomenclatura ABNT:

- Ao de mdia resistncia MR 250, ao com tenso de escoamento, fy=250 MPa e fu=400 MPa;



- Ao de alta resistncia AR 350, ao com tenso de escoamento, fy=350 MPa e fu=410 MPa ou

fu=485 MPa.

- Existe tambm o ao com maior resistncia corroso: COR AR 415, fy=415 MPa e fu=520 MPa.

Abaixo, esto colocadas as tabelas[1] A.1 e A.2 da NBR 8800 para referncia de classes estruturais. A tabela

A.2 traz os aos conforme a nomenclatura ASTM, nessa tabela, ressalte-se o ao A36, equivalente ao MR250, e

de larga utilizao.

A Tabela A.1 apresenta os valores nominais mnimos, a menos que uma faixa seja mostrada, da resistncia ao

escoamento (fy) e da resistncia ruptura (fu) de aos relacionados por Normas Brasileiras para uso estrutural em

perfis e chapas, conforme as especificaes destas Normas Brasileiras, que atendem s condies relacionadas s

propriedades mecnicas exigidas por esta Norma (fy 450 MPa e relao fu/fy 1,18). No so relacionados os

aos com resistncia ao escoamento inferior a 250 MPa, por no estarem sendo utilizados na prtica. Nos aos da

ABNT NBR 7007, que so aos para perfis, a sigla MR significa mdia resistncia mecnica, a sigla AR altaresistncia mecnica e a sigla COR resistncia corroso atmosfrica.

Na Tabela A.2 so fornecidos os valores nominais mnimos, a menos que uma faixa seja mostrada, da resistnciaao escoamento e da resistncia ruptura de alguns aos estruturais de uso frequente relacionados pela ASTM,

conforme as especificaes da prpria ASTM. Nesta Tabela, os dados que constam nas colunas Produtos e

Grupo de perfil ou faixa de espessura disponvel so meramente indicativos (para informaes mais precisas,

deve ser consultada a ASTM A6).

ABNT NBR 7007 ABNT NBR 6648 ABNT NBR 6649 / ABNT NBR 6650

Aos-carbono e microligados para

uso estrutural e geral

Chapas grossas de ao-carbono

para uso estrutural

Chapas finas (a frio/a quente) de ao-

carbono para uso estrutural

Denominao fy [Mpa] fu [Mpa] Denominao fy [Mpa] fu [Mpa] Denominao fy

[Mpa]

fu

[Mpa]

MR 250

AR 350

AR 350 COR

AR 415

250

350

350

415

400/560

50

485

520

CG-26

CG-28

255

275

410

440

CF-26

CF-28

CF-30

260/260

280/280

/300

400/410

440/440

/490

ABNT NBR 5000 ABNT NBR 5004 ABNT NBR 5008

Chapas grossas de ao debaixa liga e alta resistncia

mecnica

Chapas finas de ao de baixaliga e alta resistncia

mecnica

Chapas grossas e bobinas grossas, de ao de baixaliga, resistentes corroso atmosfrica, para uso

estrutural



Denominao fy[Mpa]

fu[Mpa]

Denominao fy[Mpa]

fu[Mpa]

Denominao fy [Mpa] fu [Mpa]

G-30

G-35

G-42

G-45

300

345

415

450

415

450

520

550

F-32/Q-32

F-35/Q-35

Q-40

Q-42

Q-45

310

340

380

410

450

410

450

480

520

550

CGR 400

CGR 500/CGR 500A

250

370

380

490

ABNT NBR 5920/ABNT NBR 5921 ABNT NBR 8261

Chapas finas e bobinas finas (a frio/a quente), de ao de

baixa liga, resistentes corroso atmosfrica, para uso

estrutural

Perfil tubular, de ao-carbono, formado a frio, com e

sem costura, de seo circular ou retangular para usos

estruturais

Denominao fy [Mpa] fu [Mpa] Denominao Seo circular Sees quadrada e

retangular

fy[Mpa]

fu[Mpa]

fy [Mpa] fu [Mpa]

CFR 400

CFR 500

/250

310/370

/380

450/490

B

C

290

317

400

427

317

345

400

427

Tabela 1.2: Aos especificados por norma brasileira para uso estrutural[2], Tabela A.1 da NBR 8800.

Classificao Denominao Produto Grupo de perfil[1] [2]

ou faixa de

espessura disponvel

Grau fy

[Mpa]

fu

[Mpa]

Aos-Carbono A36 Perfis 1, 2 e 3 - 250 400 a

500

Chapas e

Barras[3]

t 200 mm



A500 Perfis 4 A 230 310

B 290 400

Aos de baixa liga e alta

resistncia mecnica

A572 Perfis 1, 2 e 3 42 290 415

50 345 450

55 380 485

1 e 2 60 415 520

65 450 550

Chapas t 150 mm 42 290 415

t 100 mm 50 345 450

t 50 mm 55 380 485

t 31,5 mm 30 415 520

65 450 550

A992[4] Perfis 1, 2 e 3 - 345 a

450

450

Aos de baixa liga e alta

resistncia mecnica

resistentes corroso

atmosfrica

A242 Perfis 1 - 345 485

2 - 315 460

3 - 290 435

Chapas t 19 mm - 345 480

19 mm



A588 Perfis 1 e 2 - 345 485

Chapas e

Barras

t 100 mm - 345 480

100 mm < t 125 mm - 315 460

125 mm < t 200 mm - 290 435

Aos de baixa liga

temperados e auto-revenidos

A913 Perfis 1 e 2 50 345 450

60 415 520

35 450 550

[1] Grupos de perfis laminados para efeito de propriedades mecnicas:

Grupo 1: Perfis com espessura de mesa inferior ou igual a 37,5 mm;Grupo 2: Perfis com espessura de mesa superior a 37,5 mm e inferior ou igual a 50 mm;

Grupo 3: Perfis com espessura de mesa superior a 50 mm;

Grupo 4: Perfis tubulares.

[2] t corresponde menor dimenso ou ao dimetro da seo transversal da barra.

[3] Barras redondas, quadradas e chatas.

[4] A relao fu/fy no pode ser inferior a 1,18.

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