apostila mcci - materiais metalicos

8/13/2019 Apostila MCCI - Materiais Metalicos

1/20

FFFAAATTTEEECCCSSSPPP

MMMaaattteeerrriiiaaaiiissspppaaarrraaaCCCooonnnssstttrrruuuooo

CCCiiivvviiilllIIIIIIIII

MMMaaattteeerrriiiaaaiiisssMMMeeetttllliiicccooosss

pppaaarrraaaCCCooonnnssstttrrruuuoooCCCiiivvviiilll


2/20

i

SUMRIO

Materiais metlicos definies ....................................................................... 01

Caractersticas gerais dos metais ..................................................................... 01

Estrutura cristalina dos metais .......................................................................... 01

Estados alotrpicos do ferro .............................................................................. 02

Propriedades dos constituintes metalogrficos ................................................. 03

Tratamento dos aos ......................................................................................... 03

Crescimento dos gros ..................................................................................... 03

Recristalizao de gros deformados por trabalho mecnico quente ........... 03

Deformao a frio (encruamento) ..................................................................... 04

Normalizao .................................................................................................... 04

Tmpera ............................................................................................................ 04

Recozimento ..................................................................................................... 04

Revenido ........................................................................................................... 05

Tratamento isotrmico dos aos ....................................................................... 05

Propriedade dos metais .................................................................................... 06

Densidade ........................................................................................................ 06

Propriedades trmicas ..................................................................................... 06

Propriedades eltricas e magnticas ............................................................... 06

Propriedades qumicas ..................................................................................... 06

Propriedades mecnicas definies .............................................................. 06

Propriedades mecnicas .................................................................................. 07

Resistncia trao ......................................................................................... 07


3/20

ii

Alongamento e estrico .................................................................................. 08

Diagrama tenso x deformao verdadeiro ...................................................... 09

Resistncia compresso ................................................................................ 10

Dobramento ....................................................................................................... 10

Resistncia ruptura transversal ...................................................................... 11

Dureza ............................................................................................................... 11

Fluncia ............................................................................................................. 12

Fadiga ............................................................................................................... 12

Obteno do ao para concreto armado ........................................................... 13

Aos para concreto armado .............................................................................. 14

Referncias bibliogrficas ................................................................................. 17


4/20

Fatec SP Materiais para Construo Civil III 1

Materiais Metlicos

Definies:

Metais: do ponto de vista tecnolgico, o metal um elemento qumico que existe como cristal ouagregado de cristais no estado slido e caracte-

rizado pelas seguintes propriedades: Alta dureza; Grande resistncia mecnica; Elevada plasticidade (grandes deformaes

sem ruptura); Boa condutibilidade trmica e mecnica; Etc.

Minerais: so metais encontrados diretamente nanatureza ou na forma combinada com outros ele-mentos.

Minrios: so os minerais dos quais se podemextrair os metais. So os modos como normalmen-te os metais se encontram na natureza, em formade misturas de metais ou compostos de metais eimpurezas, sempre com a possibilidade de seremprocessados economicamente.

Jazida ou depsito: massa de minrios ou mistu-ra de minrios existentes na superfcie ou no inte-rior da terra em quantidades suficientes para se-rem explorados economicamente.

Ligas: so os produtos metalrgicos provenientesda mistura ou da combinao de um ou mais me-tais entre si ou com outros elementos, apresentan-do propriedades mecnicas e tecnolgicas melho-res que a dos metais puros. Podem ser obtidasatravs de processos de fuso, presso, eletrlise,aglutinao, metalurgia associada, etc.

Metalurgia: o estudo das propriedades dos me-tais, das mudanas dessas propriedades atravsde tratamentos especiais, dos processos de fabri-cao, da constituio e estrutura dos metais eligas, etc.

Obteno dos metaisA partir do minrio, a obteno de um metal passapelas fases de minerao e metalurgia.A minerao compreende a colheita do minrio (acu aberto ou subterrnea) e a sua concentrao,que consiste em separar os minrios utilizveis doseconomicamente pobres atravs da eliminao daganga (areia, argila, organismos, etc.).

A concentrao poder ser feita por processosmecnicos ou qumicos.

Processos mecnicos:

Fragmentao ou triturao: o minrio que-brado em pedaos menores;

Classificao: separao das pedras inteis; Levigao: separao dos materiais por dife-

rena de densidade atravs de lavagem emgua corrente;

Flotao: mistura de leo e gua ao minrioseguida de insuflao de ar, fazendo com quese forme uma espuma rica em minrio que co-lhido posteriormente na superfcie da mistura;

Separao magntica: um equipamento magn-tico atrai o metal separando-o das impurezas;

Lavagem simples; etc.

Processos qumicos:

Ustulao: aquecimento do minrio sob fortejato de ar provocando a sua decomposio ouoxidao;

Calcinao: aquecimento ao fogo.

Na etapa da metalurgia, ocorre a extrao do me-tal puro do minrio atravs de processos como:

Reduo: fuso do minrio com carbono ouxido de carbono em fornos de alta temperatu-ra;

Precipitao qumica: reaes simples da qualresulta o metal puro;

Eletrlise: para minrios que possam ser dissol-vidos na gua;

etc.

Caractersticas gerais dos metais

Estrutura Cristalina dos Metais

Reticulados cristalinos:os metais ao se solidifi-

carem cristalizam-se, isto , assumem posiesrelativamente definidas e ordenadas, formandouma figura geomtrica regular que o cristal.

Existem sete sistemas cristalinos que, de acordocom a disposio dos tomos, do origem a 14tipos de reticulados.

A maioria dos metais (cerca de dois teros) cristali-za de acordo com trs tipos de reticulados:

Reticulado cbico centrado: em que os to-

mos se dispem nos vrtices e no centro de umcubo. Ex.: ferro temperatura ambiente (forma


5/20


alotrpica alfa), cromo ltio, molibdnio, tungst-nio, etc.

Reticulado cbico de face centrada:em queos tomos se dispem nos vrtices e nos cen-tros das faces de um cubo. Ex.: ferro acima de912 C (forma alotrpica gama), alumnio, co-bre, chumbo, nquel, prata, etc.

Reticulado hexagonal compacto: em que ostomos se localizam em cada vrtice e no cen-tro das bases de um prisma hexagonal, almde trs outros tomos que se localizam noscentros de trs prismas triangulares alternados.

Alotropia ou polimorfismo: a propriedade quecertos metais (como o ferro) apresentam de possu-rem reticulados cristalinos diferentes conforme atemperatura.

Estados alotrpicos do ferroA alotropia do ferro muito importante sob o ponto

de vista da produo do ao. A forma alotrpicagama pode dissolver carbono at uma porcenta-gem de aproximadamente 2%, ao passo que aforma alfa dissolve apenas uma quantidade mni-ma de carbono, da ordem de 0,02% (a 727C). Es-se fato tem grande importncia no tratamento tr-mico dos aos.

Ferro alfa ( ) ou ferrita: o ferro que ocorre entrea temperatura ambiente e 910C. Sua estrutura cbica de corpo central e no permite formar liga

com o carbono. dctil, usinvel e apresenta apropriedade de ser magntica at a temperaturade 780C.

Ferro gama (): o ferro que ocorre entre as tem-peraturas de 910 e 1400C. Apresenta estruturacbica de face centrada que melhor permite a so-lubilidade do carbono. dctil e suave.

Ferro delta () ou ferrita delta: o ferro que ocor-re entre 1400 e 1539C (temperatura de fuso doferro). Possui estrutura cbica de corpo central.

Os pontos mximos de temperatura para cada es-tado alotrpico (910C, 1400C e 1539C) so osque se denominam pontos crticos.

T (C)

1539Ferro delta

()1400

Ferro gama()

910

780Ferro alfa

() Ferro magntico

Tempo (horas)


6/20


Propriedades dos constituintes metalogrficos

CaractersticasResistncia

Trao (Kg/mm2)Dureza (H) Alongamento ()

(%)

Ferrita o ferro no estado alotrpico alfa que, em soluo, contm traosde carbono. Apresenta baixa dureza e resistncia trao e ele-vada ductilidade e resilincia.

30 90 40

Cementita o carboneto de ferro (Fe3C) contendo 6,67% de carbono. Apre-senta elevada dureza e resistncia e baixa ductilidade (quebradi-

a)200 650 0

AustenitaSoluo slida(1) de ferro e cementita. S estvel acima de723C. Possui boa resistncia e tenacidade. No magntica.

---- ---- ----

Perlita a mistura mecnica de 88% de ferrita e 12% de cementita naforma de lminas ou lamelas finas. As propriedades mecnicas daperlita so intermedirias entre as da ferrita e as da cementita.

70 250 10

(1)Soluo slida: liga homognea de duas ou mais substncias que, em certas propores, se misturam completamente no estado

slido de modo que seus cristais ou gros tenham todos a mesma composio.

Tratamento dos aosOs aos, conforme a sua utilizao podem sersubmetidos a diversos tipos de tratamento a fim deobter determinadas propriedades. O tratamentopode ser trmico, termoqumico ou a frio (encrua-mento).

Tratamento trmicoAntes do estudo do tratamento trmico importan-te estudar alguns fenmenos: o crescimento dosgros, a recristalizao dos gros deformados e adeformao a frio.

Crescimento dos grosQuando se aquece o ao acima de 723C (tempe-ratura crtica), os cristais existentes sofrem trans-formaes e os gros crescem fazendo com que oao adquira uma textura de gros grados. Estefenmeno ocorre quando o ao permanece porlongo tempo temperatura de apenas algunsgraus acima da zona crtica (zona limitada pelaslinhas que marcam a passagem de ferro alfa a fer-ro gama) ou quando o ao submetido tempera-tura elevada, ainda que por pouco tempo.

Influncia da temperatura e do tempo sobre o tamanho dos gros

Com o resfriamento, o ao resultante apresentagros de dimenses (grados e pequenos) e dis-posies que dependem dos gros originais antesdo aquecimento.O material com gros grados apresenta menorcoeso e maior facilidade de propagao de fissu-ras no seu interior tornando-se quebradio. Dessemodo, em igualdade de condies, os de granula-o fina tm melhores propriedades mecnicas.Quando ocorre um superaquecimento acima de1150C o ao fica quebradio e sua regeneraono mais possvel, no sendo mais apropriadopara emprego em estruturas de concreto armado.

Recristalizao de gros deformados por traba-lho mecnico quenteChama-se trabalho mecnico quente a lamina-o, o forjamento e o estiramento do ao acima dazona crtica (720C). Os gros deformados acimada zona crtica recristalizam-se rapidamente sob aforma de novos pequenos gros, o que no ocorre temperatura ambiente. Acima da zona crtica, oao mais mole e, portanto, mais fcil de traba-lhar.

Deformaes abaixo e acima da zona crtica


7/20


Deformao a frio (encruamento)O encruamento consiste em submeter o ao a umtrabalho mecnico temperatura abaixo da zonacrtica, deformando os gros do material.Este tratamento altera algumas propriedades domaterial como, por exemplo, o aumento da resis-

tncia ao escoamento, da dureza, da fragilidade ediminuio do alongamento, da estrico e da re-sistncia corroso.Os aos podem ser encruados propositalmente(por trao, compresso ou toro) com o objetivode melhorar algumas propriedades que so teisem determinadas aplicaes.O ao encruado comea a recristalizar-se acima de500C e com aquecimentos prximos de 600 a700C o material readquire as suas propriedadesiniciais (menor resistncia ao escoamento, maiorductilidade, etc.). Este fato de extrema relevncia

quando ocorre, por exemplo, um incndio em es-truturas metlicas ou de concreto armado executa-dos com aos que receberam tratamento mecnicoa frio.

Tipos de tratamentoTratamento trmico dos metais:Os tratamentos trmicos consistem em submeter oao a determinada temperatura e depois resfri-losegundo certas regras com o objetivo de conferirdeterminadas propriedades ao material.

a) NormalizaoO ao aquecido a uma temperatura superior crtica durante um tempo suficiente total trans-formao em austenita e, em seguida, resfriadoao ar livre.Serve para eliminar as tenses internas que apa-recem naturalmente nos processos de laminao eoutras formas de moldagem, formando assim umaestrutura homognea. aplicvel nos aos combaixo teor de carbono. Com a normalizao o ma-terial torna-se mais dctil e menos quebradio.

b) TmperaA tmpera consiste no aquecimento do metal at atemperatura de formao da austenita por umtempo determinado e em seguida no seu resfria-mento brusco. Para o resfriamento rpido, utiliza-se a gua fria ou salmoura (tmpera violenta) ouleo ou chumbo (tmpera branda).O resfriamento pode dar origem a diversos tipos decristais, conforme a velocidade em que a tempera-tura reduzida. A tmpera aumenta a dureza, olimite de elasticidade, a resistncia trao e dimi-

nui o alongamento e a tenacidade.

Mecanismo da tmpera dos aos comuns

c) RecozimentoO recozimento consiste no reaquecimento do metala temperaturas superiores ou inferiores crtica eno subseqente resfriamento lento. Este tratamen-to tem por objetivo eliminar as tenses internasque por ventura existam na pea.

Mecanismo de recozimento nos aos comuns


8/20


d) RevenidoO processo semelhante ao do recozimento, po-rm o metal aquecido temperatura inferior crtica e tem a finalidade de corrigir defeitos (desu-niformidades, tenses internas, gros de dimen-ses diferentes das desejadas, etc.) surgidos du-

rante a tmpera ou recozimento.Como exemplo da ao do revenido temos a figuraabaixo representada por trs molas produzidascom material temperado (T), recozido (Rc) e tem-perado revenido (TRv).

Efeito dos tratamentos trmicos sobre molas

Na aplicao de uma carga baixa, verifica-se adeformao permanente no caso da mola recozida(Rc) e a ruptura sbita para a mola temperada (T).No caso do temperado revenido (TRv), mesmopara cargas maiores, a mola ainda apresenta umcomportamento elstico.

e) Tratamento isotrmico dos aosO ao aquecido a temperatura superior crticae resfriado rapidamente at uma temperatura de-terminada, sem que sofra transformao alguma.Em seguida, mantido mesma temperatura umtempo suficiente para que o efeito seja homogneoem toda a pea.Este tipo de tratamento chamado patentinge sefaz em fios de alta resistncia. Estes fios de ao

com teores de carbono entre 0,5 a 0,7% so obti-dos por laminao seguido de trefilao. Depois devrias passagens na trefilao o ao est frgil e,

para diminuir mais a seo sem que o fio se rom-pa, faz-se o tratamentopatenting, pela elevao datemperatura acima da crtica e resfriamento embanho de sais ou chumbo temperatura do trata-mento.

Etapas da transformao isotrmica

Laminao

Seqncia de operaes de laminao quente

Trefilao

Seo de uma matriz de trefilagem


9/20


Propriedades dos metais

As propriedades mecnicas dos metais so as queapresentam maior importncia para uso na enge-nharia. So aquelas relacionadas com a resistn-cia que os metais oferecem quando sujeitos s

solicitaes de natureza mecnica, como trao,compresso, toro, choque, cargas cclicas, etc.O conhecimento das propriedades fsicas e qumi-cas dos metais tambm importante na sua esco-lha e utilizao.As propriedades dos metais podem ser melhora-das atravs de processos de solidificao, detransformao, de controle dos tamanhos dosgros dos metais, etc., conforme requer as diver-sas finalidades de utilizao (na construo civil,na construo mecnica, etc.).

Massa especfica (densidade): a relao entrea massa e o volume do material.

MetalDensida-

de(g/cm

3)

Ponto defuso (C)

k(*)

(cal/cm/s/C)

Ltio 0,53 ---- ----Alumnio 2,70 660 0,52

Zinco 7,13 419 0,30Ferro 7,87 1.539 0,18Cobre 8,96 1.083 1,00

Estanho 7,30 232 ----

Chumbo 11,34 327 0,09Ouro 19,32 1.063 ----Magnsio 1,74 650 ----Mercrio 13,60 38,87 ----

(*)Condutibilidade trmica relativa, tomando o cobre como unidade.

Propriedades trmicas

Coeficiente linear de dilatao trmica: expres-sa a alterao dimensional decorrente da elevaoda temperatura.

Poder calorfico: quantidade de calor necessria

para elevar de uma unidade de temperatura amassa unitria de um material homogneo.

Calor especfico: relao entre a capacidade dearmazenar calor do material e a da gua, isto , aquantidade de calor necessria para elevar a mas-sa unitria de um material de 1C de temperaturapara a quantidade de calor necessria para elevarde 1C a mesma quantidade de gua.

Propriedades eltricas e magnticas

Condutibilidade eltrica: a capacidade do metaltransmitir ou conduzir corrente eltrica.

Resistividade eltrica: a recproca da condutibi-lidade eltrica.

Permeabilidade: a habilidade de um material sermagnetizado.

Propriedades qumicas

Esto relacionadas resistncia que os metaisoferecem ao ataque pelo meio ambiente (corroso)ou ao efeito da temperatura (oxidao).

Propriedades mecnicas - definies

Deformao: a alterao dimensional que severifica no material como resultado da carga apli-

cada. Normalmente expressa em porcentagem,exceto na toro, cujo ngulo de toro medidoem radianos.

Resistncia: a carga ou tenso mxima supor-tada pelo material dentro de determinadas condi-es. Por exemplo: resistncia elstica, resistncia carga mxima, resistncia ruptura, etc.

Ductilidade: corresponde capacidade de um

material poder ser deformado apreciavelmenteantes de se romper. Os materiais no dcteis sochamados de frgeis.

Maleabilidade: a propriedade do metal sofrerdeformaes no sentido externo de sua forma.

Tenacidade: corresponde capacidade do mate-rial deformar-se plasticamente e absorver energiaantes de se romper. A tenacidade pode ser medida

pela quantidade de trabalho por unidade de volu-me do material, necessrio para levar o materialat a ruptura, sob carga esttica.

Resilincia: corresponde capacidade de ummetal absorver energia quando deformado elasti-camente e devolv-la, quando descarregado doesforo que provocou a deformao.


10/20


As reas hachuradas indicam a quantidade de tra-balho por unidade de volume que pode ser realiza-da em um material sem causar deformao per-manente (resilincia) ou sem causar a ruptura (te-nacidade).

Representao esquemtica de valores comparativos deresilincia e tenacidade de dois tipos de ao

Da anlise do diagrama acima, que compara atenacidade e a resilincia de um ao de baixo car-bono e um de alto carbono, podemos depreender:

Tipo deAo

Limite deEscoamento

Resistncia Trao

Tenacidade Resilincia

Alto C Maior Maior Menor Maior

Baixo C Menor Menor Maior Menor

Coeficiente de segurana: um nmero empricopelo qual dividida a resis-tncia do material escolhido.

Tenso admissvel de trabalho: o resultado da diviso da resistncia do material

pelo coeficiente de segurana.

O coeficiente de segurana faz, portanto, que atenso de trabalho de um material corresponda aum valor inferior sua resistncia.

Inmeras so as razes pelas quais adotado ocoeficiente de segurana:

deteriorao sofrida pelos materiais pela aodo meio ambiente;

variaes na distribuio das tenses adotadasno projeto;

surgimento ocasional de sobrecargas; dificuldade de se garantir a perfeio na fabri-

cao das peas metlicas; etc.

Ensaios mecnicos:So ensaios realizados em laboratrios que tmpor objetivo determinar as propriedades mecnicasdos materiais. So executados em rigorosa obedi-ncia s normas tcnicas utilizando-se de amos-

tras (corpos de prova) dos materiais cujas proprie-dades se quer medir. A concluso quanto aos re-sultados obtidos nos ensaios dever ser feita apso cotejo com as especificaes.

Propriedades mecnicas

Resistncia trao obtida atravs da relao entre a fora aplicadaem um corpo de prova e a rea de sua seotransversal. Trata-se de uma importante proprieda-

de do ao empregado na construo civil. Quandose submete um corpo de prova metlico a umacarga de trao de forma gradativa e crescente,ocorre tambm uma deformao progressiva nosentido do comprimento do material.De posse dos diversos valores das tenses e dasrespectivas deformaes, poder ser construdoum diagrama tenso x deformao especfica.A tenso ser calculada atravs da diviso da car-ga pela rea da seo transversal do corpo deprova e a deformao especfica, atravs do clcu-lo percentual da deformao ocorrida em um de-

terminado segmento do corpo de prova.

Representao esquemtica da resilincia e tenacidademediante grfico tenso () x deformao ()


11/20


O diagrama nos mostrar o comportamento docorpo de prova durante a aplicao da carga:Num primeiro trecho zona elstica o grficomostra uma proporo linear entre o alongamentoe a carga aplicada (proporcionalidade).

Em seguida, ocorre o escoamento, isto , umadeformao aprecivel do corpo de prova parauma carga oscilando prximo de um valor constan-te.

Cessado o escoamento, o corpo de prova solici-tado at atingir a carga mxima registrada duranteo ensaio, a partir da qual, inicia-se o fenmeno daestrico, isto , um estrangulamento na seotransversal do corpo de prova.

A tenso necessria para se chegar ao incio doescoamento o limite de escoamento ou resistn-cia de escoamento e a tenso mxima suportada

pelo material at o incio do estrangulamento olimite de resistncia trao.

Nos aos encruados ou ligados que no apresen-tam o escoamento natural, o limite de escoamento representado pela tenso sob a qual se produzum alongamento permanente e mensurvel de, porexemplo, 0,2% .

Determinao grfica do limite convencional

Alongamento e estricoA variao percentual entre o comprimento final nomomento da ruptura e o comprimento inicial de umdeterminado segmento do corpo de prova deno-minada alongamento.Da mesma forma obtm-se a estrico ou estran-gulamento calculando-se a variao percentual darea da seo transversal do corpo de prova antese aps a ruptura.Os valores do alongamento e da estrico caracte-rizam a ductilidade do material.

Diagrama tenso x deformao de um metal dctil apresentando ofenmeno de escoamento

Diagrama tenso x deformao de um metal sem escoamento


12/20


A parcela a, uniforme, distribuda ao longo detodo o material ensaiado e ocorre at a mximacarga que proporcional base de medida docorpo de prova. A parcela b um alongamentolocalizado que atinge o valor mximo na seoestrangulada.

Diagrama tenso x deformao verdadeiroO limite de resistncia trao corresponde ten-so nominal obtida pela relao entre a carga m-xima verificada no ensaio e a rea da seo trans-versal do corpo de prova.

Os metais dcteis que sofrem grande estrico no

ponto de ruptura apresentam um valor do limite deresistncia trao inferior tenso mxima real,dada pelo quociente entre a carga mxima verifi-cada no ensaio e a rea estrangulada da seotransversal do corpo de prova.

Formas tpicas do diagrama tenso-deformao dealguns metais e ligas:

Representao esquemtica da distribuio do alongamento numcorpo de prova submetido ao ensaio de trao

Diagrama tenso-deformao nominal e real


13/20


Diagramas tenso-deformao tpicos para diver-sos tipos de aos-carbono no estado recozido:

Resistncia Compresso

Quando submetidos carga de compresso, osmetais apresentam o mesmo comportamento els-tico que na solicitao trao.Na fase plstica o comportamento do metal dife-rente; o corpo de prova sofre um alargamento naseo transversal adquirindo um formato achatadosem que ocorra sua ruptura. Os metais menos dc-teis sofrem ruptura por cisalhamento.A resistncia compresso de metais dcteisnormalmente no determinada pelas diversasrestries que apresenta o ensaio de compresso.

Dobramento

Quando uma pea est sujeita a esforo de do-bramento, ocorrem simultaneamente tenses decompresso e trao na sua seo transversal.O ensaio de dobramento tem por objetivo principala verificao da ductilidade do material. Executa-se aplicando uma carga no corpo de prova apoiadoem dois pontos, de modo a deform-lo lentamente,dobrando-o em 180. O material no deve apre-

sentar rompimento ou fissuras na parte em que apea est sujeita esforos de trao. , portanto,mais um ensaio qualitativo, de simples anlise vi-sual, do que quantitativo.

Esquema de ensaio de dobramento


14/20


Corpo de prova em fase de dobramento A pea deve ser dobradaem at 180

Resistncia ruptura transversalA determinao da resistncia flexo tem maiorimportncia para as ligas mais duras e frgeis co-mo, por exemplo, o ferro fundido, o tungstnio, otitnio, etc.O ensaio realizado com corpos de prova apoia-dos sobre dois apoios e aplicando-se uma cargano centro do vo at a ruptura.O ensaio permite ainda determinar a flecha corres-pondente carga aplicada e construir um diagra-ma carga x flexo do material ensaiado.

DurezaA dureza dos metais determinada com base naresistncia penetrao superficial que um corpode prova apresenta na aplicao de uma carga,efetuada por intermdio de um penetrador em for-mato esfrico ou de pirmide ou cnico.Com a aplicao da carga, resulta uma deforma-o (impresso) na superfcie do material. As di-menses ou profundidade relativas dessa impres-so constituem a base para apurao de valoresrepresentativos da dureza.

O valor da dureza correlaciona-se com algumaspropriedades mecnicas do material, como a resis-tncia trao e a ductilidade.

Ensaio de Dureza Brinell:No ensaio de dureza Brinell, uma esfera de dime-

tro D forada a penetrar no material atravs daaplicao de uma carga P, resultando em umaimpresso em formato de uma calota esfrica dedimetro d.

A dureza H ser dada pela expresso:

( )222

dDDD

PH

=

O valor de H ser um nmero que corresponde aovalor da dureza Brinell.

Alm do mtodo Brinell, temos os ensaios de dure-za Rockwell e Vickers. Ambos seguem o mesmoprincpio de ensaio empregado no mtodo Brinell,ou seja, baseiam-se na aplicao de uma cargaque fora o penetrador contra a superfcie da pea

que se quer ensaiar.

Relao entre a dureza e a resistncia trao:Existe uma relao muito til sob o ponto de vistaprtico entre a dureza Brinell e a resistncia tra-o. Sendo emprica, esta relao s vlida paraaos-carbono e aos-liga de mdio teor em liga.

t = 0,36 Honde:t = limite de resistncia trao,

H = dureza Brinell.

Corpo de prova sujeito ao ensaio de ruptura transversal


15/20


Ensaios de Dureza

FlunciaFenmeno de deformao plstica, lenta e progres-siva das ligas metlicas, que ocorre a medida emque a temperatura aumenta, sob carga constante.O aumento da temperatura acentua o fenmenoporque a deformao plstica torna-se progressi-

vamente mais fcil de iniciar-se e de continuar.

FadigaEm peas sujeitas a variaes das cargas aplicadasocorre o aparecimento de flutuaes nas tensesoriginadas. Tais tenses podem adquirir um valorque, ainda que inferior resistncia esttica do ma-terial, pode levar sua ruptura, desde que a aplica-o das tenses seja repetida inmeras vezes.Os principais fatores que influenciam na resistncia fadiga dos metais so: efeito da composio e das condies de fabri-

cao; efeito da freqncia da tenso cclica;

efeito da temperatura; efeito das dimenses das peas ou corpos de

prova; efeito da forma das peas ou corpos de prova; efeito das condies superficiais; efeito do tratamento superficial; efeitos do meio (corrosivo, oxidante).


16/20


Obteno do ao para concreto armado

Matria prima:A matria prima bsica utilizada na produo debarras de ao a sucata (ferro velho, latarias, reta-lhos de chapas, cavacos, etc.).

Aciaria:A sucata separada, classificada e carregada aoforno eltrico junto com ligas de ferro-mangans,ferro-silcio, cal, calcrios e fundentes em propor-es adequadas.A fuso dos materiais feita atravs de eletrodoseltricos temperatura de 1550C.Ainda no forno, colhida uma amostra para anlisequmica permitindo verificar a composio dos ele-mentos e efetuar as correes necessrias.Processadas as correes, novas amostras so

enviadas ao laboratrio para anlise at atingir acomposio qumica desejada.Em seguida o ao lquido utilizado na fabricaode palanquilhas atravs do lingotamento contnuo.Ainda na mquina de lingotamento, o ao solidifi-cado em uma cmara de refrigerao.As palanquilhas so levadas a um leito de resfria-mento onde so analisadas, inspecionadas e arma-zenadas.

Laminao:Na laminao, as palanquilhas so aquecidas temperatura de 1250 C, desbastadas, preparadase acabadas em cilindros at atingir as dimenses eformas desejadas.Na etapa final de laminao a barra passa por um

cilindro que d a conformao das nervuras trans-formando-se no vergalho.Os vergalhes seguem ao leito de resfriamentoonde perdem o calor naturalmente. Esta operao denominada normalizao.Amostras dos vergalhes so coletadas e submeti-das a ensaios conforme as especificaes dasnormas de ao para construo civil. Atendidas asexigncias da norma, os vergalhes estaro dispo-nveis comercializao.Com o objetivo de se obter algumas propriedadesmecnicas do ao como o aumento da resistncia

trao e da dureza e a diminuio do alongamento,da ductilidade, da resistncia corroso, etc., apsa laminao, as barras de ao podem ser submeti-das chamada deformao frio ou encruamento.Neste processo os aos comuns com resistnciasmenores so submetidos a esforos de trao,compresso ou toro, individuais ou combinados,atingindo resistncias maiores.


17/20


Aos para Concreto Armado

Introduo:Na execuo de estruturas em concreto armado,empregamos o ao para absorver as solicitaes detrao impostas aos componentes estruturais.

Os aos para concreto armado existentes no mer-cado brasileiro apresentam diferenas quanto resistncia trao, caractersticas geomtricas,tipo de fabricao, dimenso da seo transversal,etc. Cabe aos profissionais responsveis pelo proje-to, pela execuo ou pelo controle tecnolgico doao a ser empregado em estruturas de concreto,decidirem sobre o emprego do material, avaliando econfrontando os resultados com as exigncias es-pecificadas pela NBR-7480, da ABNT que diz res-peito encomenda, fabricao e fornecimento debarras e fios de ao destinados a armaduras para

concreto armado.

Definies:

Lote: grupo de barras ou fios de procedncia identi-ficada, de mesma categoria e com o mesmo dime-tro nominal e configurao geomtrica superficial,apresentado inspeo como um conjunto unitrio.

Partida: conjunto de lotes apresentados para ins-peo de uma s vez.

Fornecimento: conjunto de partidas que perfaz aquantidade total da encomenda.

Dimetro nominal (): nmero correspondente aovalor, em milmetros, do dimetro da seo trans-versal do fio ou da barra.

Classificao:a) Conforme o tipo de fabricao e a dimenso da

seo transversal:

Barras:so produtos de dimetro nominal igual ou

superior a 5mm, obtidos exclusivamente por lami-nao quente.

Fios: so os produtos de dimetro nominal igual ouinferior a 10mm, obtidos por trefilao ou processoequivalente.

b) Conforme o valor caracterstico da resistncia deescoamento, nas seguintes categorias:

Barras: so classificadas nas categorias CA-25 eCA-50.

Fios:na categoria CA-60.

c) Conforme o processo de fabricao, as barras eos fios de ao para concreto armado classificam-se em:

Barras:obtidas por laminao quente, sem sofrerposterior deformao frio, com escoamento defi-

nido caracterizado por patamar no diagrama tensox deformao.

Fios: obtidos por deformao frio, sem patamarno diagrama tenso x deformao.

Exigncias gerais:As barras e fios de ao destinados armadura deconcreto armado devero: apresentar suficiente homogeneidade quanto s

suas caractersticas geomtricas; apresentar configurao das nervuras (ou mos-

sas) tal que no permita a movimentao da bar-ra dentro do concreto;

ser isentos de defeitos prejudiciais, tais comofissuras, esfoliaes, corroso, dobras e carepa;

quando barras, apresentar massa real igual sua massa nominal com tolerncia de 6% paradimetro nominal igual ou superior a 10mm e de10% para dimetro nominal inferior a 10%;

quando fios, tolerncia de 6%; ter comprimento normal de fabricao de 11m

com tolerncia de 9%;

apresentar marca de laminao em relevo, iden-tificando o fabricante, a categoria e o dimetronominal;

quando no tiver nervuras, a identificao deveser feita com etiquetas ou marcas em relevo;

Embalagem:As barras e os fios so fornecidos em feixes ourolos com etiquetas que contenham o nome do fa-bricante, a categoria, e o dimetro nominal.

Encomenda:

O comprador de barras e fios de ao deve indicarna encomenda:

nmero da norma NBR 7480; dimetro nominal e a categoria; a quantidade em toneladas; comprimento e a sua tolerncia; o tipo de embalagem; outros requisitos que considerar importante.

Condies especficas:

Requisitos de propriedades mecnicas de trao:


18/20


Tabela 1

A resistncia de escoamento de barras e fios deao pode ser caracterizada por um patamar no dia-grama tenso-deformao ou calculada pelo valorda tenso sob carga correspondente deformaopermanente de 0,2%.Pode tambm ser calculada pelo valor da tensosob carga correspondente deformao de 0,5%.Se houver divergncia, prevalece o valor corres-pondente deformao permanente de 0,2%.

Requisitos de propriedades mecnicas de do-bramento:

O corpo de prova deve ser dobrado a 180 em umpino com dimetro conforme a tabela 1, sem ocor-rer ruptura ou fissurao na zona tracionada.

Caractersticas complementares:

As barras da categoria CA-50 so obrigatoriamenteprovidas de nervuras transversais ou oblquas.

O comprador deve ter livre acesso aos locais em

que as peas encomendadas estejam sendo fabri-cadas, examinadas ou ensaiadas, tendo o direito deinspecion-las diretamente ou atravs de inspetorcredenciado.O inspetor deve verificar os defeitos e o comprimen-to do material em estado normal de fornecimento.

Amostragem:

Para verificao das propriedades mecnicas ecaractersticas prprias das barras e fios de ao

destinados a armaduras para concreto armado de-ve ser feita uma amostragem conforme os seguin-tes procedimentos:

Formao dos lotes:

O produtor ou fornecedor deve, em cada partida,repartir as barras, os fios ou os rolos em lotes apro-ximadamente iguais e perfeitamente identificveis,com massas no superiores a 30t.Quando no houver possibilidade de identificaoda corrida, o inspetor deve orientar a formao delotes para inspeo conforme a tabela a seguir:

Ensaio de Trao Valores Mnimos Ensaio deDobramento (180

)

Dimetro do pino

(mm)

Categoria ResistnciaCaracterstica

de Escoamen-to fy (MPa)

Limite deResistncia

(a)

fst(MPa)

Alongamento

em 10 (c)(%) < 20 20

CA-25 250 1,20fy 18 2 4

CA-50 500 1,10fy 8 4 6

CA-60 600 1,05fy(b) 5 5 -----(a)

O mesmo que resistncia convencional ruptura.(b)

fst mnimo de 660MPa.(c)= dimetro nominal


19/20


Massas mximas dos lotes para inspeo (t)Corridas no identificadas

Dimetro nominal (mm) Categoria do ao

Fios Barras CA25 CA50 e CA60

2,4 --- --- 43,4 --- --- 43,8 --- --- 44,2 --- --- 44,6 --- --- 45,0 5,0 6 45,5 --- --- 56,0 --- --- 5--- 6,3 8 56,4 --- --- 57,0 --- --- 68,0 8,0 10 69,5 --- --- 610,0 10,0 13 8--- 12,5 16 10--- 16,0 20 13--- 20,0 25 16--- 22,0 25 20--- 25,0 25 20--- 32,0 25 25--- 40,0 25 25

Formao de amostras:Cabe ao adquirente, em cada partida, extrair alea-toriamente amostras com 2,2m, desprezando aponta de 20cm da barra ou do fio, identific-las eenvi-las ao laboratrio.

Quantidade de amostras:Lotes de corridas identificadas:A amostra representativa de cada lote compostapor um exemplar. Se qualquer corpo-de-prova nosatisfizer as exigncias desta norma, deve ser feitauma contra-prova, sendo a amostra representativade cada lote composta por dois novos exemplares.

Lotes de corridas no identificadas:A amostra representativa de cada lote compostapor dois exemplares. Se qualquer corpo-de-provano satisfizer as exigncias desta norma, deve serfeita uma contra-prova, sendo a amostra represen-tativa de cada lote composta por trs novos exem-plares.

Corpos-de-prova:Cabe ao laboratrio receber a amostra identificadae preparar os corpos-de-prova.

Os corpos-de-prova para os ensaios de trao edobramento devem ser retirados de seguimentosde barras ou fios de comprimento adequado.

A rea da seo transversal de uma barra ou fio aser adotada deve ser igual a de uma barra cilndri-ca que possua a mesma massa por unidade decomprimento.

EnsaiosEnsaio de trao:Este ensaio deve ser realizado de acordo com aNBR-6152. O comprimento inicial l0 igual a 10

dimetros nominais, no sendo permitido o uso decorpo-de-prova usinado.

Ensaio de dobramento:Este ensaio deve se realizado de acordo com aNBR-6153, com a ressalva de que os apoios paraa realizao desse ensaio devem permitir o livremovimento dos corpos-de-prova.

Aceitao e rejeio:A aceitao do lote aprovada se atender:a) aos requisitos quanto a defeitos e massa e tole-

rncia;


20/20


b) aos resultados satisfatrios dos ensaios de tra-o e dobramento de todos os exemplares.

Notas:Se um ou mais destes resultados no atender aoestabelecido nesta norma, deve ser realizada uma

contraprova nica. Se todos os resultados da con-traprova forem satisfatrios, o lote aceito. facultado ao fornecedor o acompanhamento daamostragem e dos ensaios de contraprova.

Rejeio:O lote rejeitado se:a) no atender ao especificado quanto aos defeitos

e massa e tolerncia;b) no ensaio de contraprova, houver pelo menos

um resultado que no satisfaa s exignciasdesta norma.

Referncias bibliogrficas:

Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR7480 Barras e fios de ao destinados a ar-maduras para concreto armado Especifica-o. Rio de Janeiro: ABNT, 1996.

Bauer, L. A. Falco. Materiais de Construo Vol.2. Rio de Janeiro: LTC, 3edio, 1987.

Chiaverini, Vicente. Tecnologia Mecnica. SoPaulo: Makron Books, 2edio, 1986.

Petrucci, Eldio G. R. Materiais de Construo.Porto Alegre: Globo, 1975.

Smith, F. William. Princpios de Cincia e Enge-nharia dos Materiais. Lisboa: McGraw-Hill, 3

edio, 1998.

apostila mcci - materiais metalicos

Documents