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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DAS ESTRUTURAS METÁLICAS UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Elaboração Tatiana Conceição Machado Barretto Produção Equipe Técnica de Avaliação Revisão Linguística e Editoração SUMÁRIO UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA 5 CAPÍTULO 1 AÇOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 6 CAPÍTULO 2 AÇOS ESTRUTURAIS 13 CAPÍTULO 3 AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA 17 REFERÊNCIAS 20 5 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Levando em consideração a taxa de construções o aço se mostrou bastante favorável Com o aumento do uso de aço na construção não resta dúvida de que ele assumirá todo o campo da construção em breve Dentre os aços estruturais existentes atualmente o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36 que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica Entretanto a tendência moderna no sentido de se utilizar estruturas cada vez maiores tem levado os engenheiros projetistas e construtores a utilizar aços de maior resistência os chamados aços de alta resistência e baixa liga de modo a evitar estruturas cada vez mais pesadas Nesta unidade estudaremos os principais aços utilizados na Construção Civil daremos aqui uma maior ênfase aos aços estruturais estudaremos os conceitos básicos ligados a eles os principais tipos as aplicações e as normas utilizadas 6 CAPÍTULO 1 AÇOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 11 Aço em Edifícios e Infraestruturas A construção é uma das mais importantes indústrias consumidoras de aço respondendo por mais de 50 da demanda mundial de aço Os edifícios de casas a estacionamentos escolas e arranhacéus dependem do aço para sua resistência O aço também é usado em telhados e como revestimento para paredes externas A população mundial deverá aumentar em 2 bilhões de pessoas nos próximos 30 anos de 77 bilhões atualmente para 97 bilhões em 2050 de acordo com um novo relatório das Nações Unidas lançado em 2019 Isso será acompanhado por uma rápida urbanização À medida que a necessidade de edifícios e infraestrutura continua a crescer em todo o mundo a redução do consumo de recursos naturais e emissões associadas é crucial para a sustentabilidade futura Enquanto a construção dos edifícios responde por 28 da emissão global de CO2 eles também apresentam muitas oportunidades para reduzir as emissões e mitigar as mudanças climáticas As siderúrgicas de todo o mundo estão cada vez mais fornecendo soluções de construção que permitem edifícios com eficiência energética e com baixa emissão de carbono O aço não é apenas acessível prontamente disponível e mais seguro suas propriedades intrínsecas como resistência versatilidade durabilidade e 100 de reciclabilidade permitem melhorar o desempenho ambiental em todo o ciclo de vida dos edifícios Os aços de alta resistência avançados usados em aplicações de chapas de aço também encontram usos em diversas indústrias relacionadas Plataformas de petróleo offshore pontes máquinas de engenharia civil e construção carruagens tanques e vasos de pressão usinas nucleares térmicas e hidrelétricas todas essas aplicações se beneficiam dos atributos dos aços modernos As possibilidades de uso de aço em edifícios e infraestrutura são ilimitadas Os aplicativos mais comuns estão listados abaixo 111 Para edifícios Seções estruturais fornecem uma estrutura forte e rígida para o edifício e representam 25 do uso de aço nos edifícios 7 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III Barras de reforço adicionam resistência à tração e rigidez ao concreto e compõem 44 do uso de aço em edifícios O aço é usado porque se liga bem ao concreto tem um coeficiente de expansão térmica semelhante e é forte e relativamente econômico O concreto armado também é usado para fornecer fundações e porões profundos e atualmente é o principal material de construção do mundo Chapas 31 são em chapas como telhados roldanas paredes internas tetos revestimentos e painéis isolantes para paredes externas Aço não estrutural o aço também é encontrado em muitas aplicações não estruturais em edifícios como equipamentos de aquecimento e refrigeração e dutos internos Luminárias e acessórios internos como trilhos estantes e escadas também são feitos de aço Atualmente os edifícios são responsáveis por 39 das emissões globais de carbono relacionadas à energia 28 das emissões operacionais da energia necessária para aquecêlos resfriálos e alimentálos e os 11 restantes de materiais e construção 112 Para infraestrutura Redes de transporte o aço é necessário para pontes túneis ferrovias e na construção de edifícios como estações de abastecimento estações de trem portos e aeroportos Cerca de 60 do uso de aço nesta aplicação é como vergalhão e o restante são seções chapas e trilhos Serviços públicos combustível água energia mais de 50 do aço usado para esta aplicação está em tubulações subterrâneas para distribuir água de e para a habitação e para distribuir gás O restante é principalmente vergalhão para usinas de energia e casas de bombeamento 12 Benefícios do uso de aço na construção É reutilizável e infinitamente reciclável Contém pelo menos 25 de aço reciclado Permite eficiência energética em edifícios e projetos de construção Forte exigindo menos vigas e fornecendo mais espaço aberto utilizável Leve exigindo fundações reduzidas Menos material implica economia de recursos e menor impacto no meio ambiente 8 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Flexível em combinação com outros materiais Resistente a terremotos devido à ductilidade do aço Construção rápida no local para edifícios préfabricados Durável 13 Diferentes utilizações do aço na Construção Civil 131 Aço carbono liso Este é o tipo mais comum de aço usado na construção civil também conhecido como açocarbono É forte e durável e garante uma construção robusta Devido à força que o aço carbono fornece é extremamente útil em edifícios e provou ser de grande vantagem Ele não quebra quando dobrado é imensamente flexível dúctil e com grande plasticidade além de poder suportar calamidades como terremotos sem causar rachaduras no material Este é o fator mais vantajoso do aço carbono Um edifício de aço quase nunca está sujeito a desmoronar ou destruir de qualquer forma Pode suportar qualquer tipo de calamidade e é forte o suficiente para não rachar por sua vez é capaz de salvar seus ocupantes Outros materiais de construção podem facilmente desmoronar ou quebrar mas o aço não e o aço carbono é altamente forte para sobreviver a qualquer problema grave O aço com baixo carbono é mais simples de manusear devido à sua capacidade de ser manipulado por dois pontos de escoamento em que o primeiro ponto de escoamento é um pouco mais alto que o segundo O aço tem uma densidade de 785 g cm Devido à sua capacidade de solda o aço carbono simples é mais resistente do que qualquer outro No entanto a proteção contra incêndio é muito importante em um edifício de aço e deve ser levada em consideração Além disso a construção em aço não causa problemas 132 Aço para vergalhão Mais comumente conhecido como aço de reforço esse tipo de aço é usado como dispositivo de tensão para concreto armado ou estrutura de alvenaria reforçada É criado em aço carbono com nervuras para ancoragem mecânica de uma maneira melhor no concreto Ele retém o concreto por compressão e está disponível em vários tipos de graus que geralmente são encontrados em especificações variadas em resistência ao escoamento resistência à tração vital composição química e porcentagem de alongamento Possui imenso potencial de expansão e varia em muitos tamanhos dependendo do país e da construção Com suas tendências recicláveis o vergalhão é comprovadamente útil As 9 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III classes e especificações também fornecem tipos variados de vergalhões por exemplo há arame de aço liso usado para reforço de concreto além de barras de aço revestidas com epóxi para reforço barras lisas e barras deformadas em aço ferroviário barras revestidas de aço e zinco aço de baixa liga aço inoxidável aço axel aço deformado soldado tapetes de barra de aço deformados fabricados cromo barras de aço de baixo carbono etc A NBR 7480 diz respeito aos aços destinados a armaduras paras estruturas de concreto armado Esta norma destaca os requisitos mínimos para a fabricação e fornecimento de barras e fios de aço que serão utilizados para confecção das armaduras de concreto armado apresentando ou não revestimento superficial Figura 36 Especificação dos aços para armadura Aço CA 50 Aço CA 60 6ensão de escoamento 50 Kgfmm2 ou 600MP Tensão de escoamento 50 Kgfmm2 ou 500MP Concreto Armado Concreto Armado Principais Características Superfície rugosa Laminados a quente Principais Características Superfície liso Trefilação fio a fio Fonte Elaboração própria do autor Na armadura do concreto é comum a utilização dos aços de baixo teor de carbono menos de 04 quando os vergalhões são usados em concreto armado A NBR 7480 descreve que as barras de aço são classificadas de acordo com a sua resistência ao escoamento nas categorias CA25 C50 e CA60 Estes aços são os mais utilizados para a construção de estruturas de concreto armado e apresentam um teor médio de carbono entre 04 e 06 Em geral são aços estruturais SAE 1020 eou SAE 1010 de simples produção O aço CA25 deve apresentar uma superfície lisa sem quaisquer nervuras ou entalhes e adotar o coeficiente de conformação superficial ηb para todos os diâmetros de 10 NBR 7480 10 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Os aços CA50 e CA60 devem apresentar nervuras transversais oblíquas e pelo menos duas nervuras longitudinais contínuas e diametralmente opostas que têm a finalidade de impedir que ocorra o giro da barra no interior do concreto NBR 7480 As configurações geométricas dessas saliências também devem seguir o que está especificado na NBR 6118 a qual indica que a conformação superficial η1 está ligada ao coeficiente de conformação superficial ηb Quadro 7 Tratase de um tópico importante pois as características de aderências dos vergalhões são determinadas pelo coeficiente de conformação superficial ηb ISAIA 2005 Quadro 7 Categoria dos aços Categoria do aço Coeficientes CA25 CA50 CA60 Lisa Alta aderência Entalhada ou nervurada ηb 10 15 12 η1 10 225 14 Fonte Isaia 2005 A norma traz outras informações importantes os fios e barras utilizados em armaduras de concreto armado não devem apresentar defeitos como esfoliação corrosão manchas de óleo redução de seção e fissuras transversais A oxidação superficial não é considerada prejudicial quando não compromete a sua aderência conformação e geometria NBR 7480 Outras normais que se referem à utilização de aços ABNT NBR 7007 Açocarbono e microligados para barras e perfis laminados a quente para uso estrutural ASTM A242 Especificação padrão para aço estrutural de alta resistência e baixa liga ASTM A588 Especificação padrão para aço estrutural de alta resistência e baixa liga até 50 ksi 345 MPa Ponto de rendimento mínimo com resistência à corrosão atmosférica ASTM A709 Especificação padrão para aço estrutural para pontes ASTM A36 Especificação padrão para aço estrutural de carbono 11 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III 133 Aço Estrutural As formas de aço estrutural são feitas com esse tipo de aço formado a partir de uma seção transversal precisa ao mesmo tempo em que segue padrões definidos para propriedades mecânicas e composição química O aço estrutural é fornecido em várias formas como perfil longitudinal perfil Z perfil HSS perfil L ângulo canal estrutural perfil C seção transversal perfil T perfil de trilho barra haste chapa viga aberta da rede aço etc O aço estrutural padrão varia em diferentes países com especificações diferentes O aço estrutural é dúctil forte durável e pode ser transformado em praticamente qualquer formato com base na construção pode ser construído quase imediatamente no momento em que é recebido no local da construção O aço estrutural é resistente ao fogo por si só mas a proteção contra incêndio deve ser fornecida caso exista a possibilidade de esquentar até um ponto em que começa a perder força A corrosão deve ser evitada quando se trata de aço estrutural mas sabese que edifícios altos resistiram a vários tipos de calamidades quando construídos com aço estrutural A construção em aço está ganhando popularidade em todo o mundo e todas as regiões se beneficiaram do uso do aço ao longo dos anos Muitas das maiores maravilhas arquitetônicas foram construídas através do uso de aço seja estrutural carbono ou vergalhões além de todos os outros tipos de aço disponíveis para a construção de edifícios Mais importante ainda o uso do aço garante mais respeito ao meio ambiente do que outros modos de construção e por conta apenas desse fator possui preferência Por que escolher o aço Algumas utilizações vitais dos aços são apresentadas a seguir a O aço é ecológico e sustentável Possui grande durabilidade b Comparado a outros materiais o aço requer uma baixa quantidade de energia para produzir uma construção em aço leve c O aço é o material mais reciclado do mundo que pode ser reciclado com muita facilidade Suas propriedades magnéticas exclusivas tornam um material fácil de recuperar do fluxo a ser reciclado d O aço pode ser projetado em várias formas Dá melhor forma e aresta do que o ferro e Os aços de engenharia são usados para os setores gerais de engenharia e manufatura 12 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA f O aço é altamente utilizado na indústria automobilística Diferentes tipos de aços são usados na carroçaria nas portas no motor na suspensão e no interior A média de 50 de um carro é feita de aço g O aço reduz as emissões de CO2 h Todos os tipos de setores de energia demandam aço para infraestrutura e extração de recursos i Os aços inoxidáveis são usados para produzir plataformas e oleodutos offshore j Os aços são usados para embalar e proteger mercadorias da água do ar e da exposição à luz k A maioria dos eletrodomésticos como geladeira TV forno pias etc é feita de aço l Os aços são usados para produzir produtos industriais como veículos e máquinas agrícolas m O aço inoxidável é usado como material de cutelaria n Devido à sua facilidade de soldagem e acabamento atraente o aço se tornou uma característica proeminente na arquitetura moderna o O aço inoxidável proporciona um ambiente higiênico É por isso que é usado para implantes cirúrgicos p O aço tem uma faixa mais ampla de temperatura que é usada para fazer chapas grandes q Recursos de energia renovável como energia solar hidrelétrica e eólica usam os componentes de aço inoxidável r O aço é usado na construção civil É também um material de estrutura de construção altamente favorecido 13 CAPÍTULO 2 AÇOS ESTRUTURAIS 21 Aços Estruturais Os aços estruturais são todos aqueles aços que possuem características ideais para serem usados como elementos estruturais ou seja devido a suas propriedades conseguem suportar cargas De modo geral possuem conformações na forma de perfis cantoneiras ou chapas São produzidos sob certos cuidados que envolvem alguns requisitos químicos e determinadas propriedades mecânicas Esse tipo de aço é utilizado na construção de edifícios pontes navios entre outras estruturas Figura 37 Estrutura em aço Fonte Jaguari Estruturas Metálicas 2020 Os aços que mais interessam à construção civil são os chamados de aços estruturais de média e alta resistência mecânica Esses termos são utilizados para designar todo o aço que devido a sua ductilidade resistência e outras propriedades mecânicas se adéqua à utilização como elemento estrutural da construção civil que recebe carregamentos Para que possa ser usado como estrutural o aço deve possuir algumas características como alta tensão de escoamento e tenacidade boa soldabilidade suscetibilidade a corte por chama boa trabalhabilidade em operação como corte furação e dobra sem que haja defeitos como fissuras e outros Os aços estruturais podem ser classificados conforme a tensão de escoamento mínima em três tipos Quadro 8 Classificação dos aços estruturais Tipo Limite de escoamento mínimo MPa Aço carbono de média resistência 195 a 259 Aço de alta resistência e baixa liga 290 a 345 Aços ligados tratados termicamente 630 a 700 Fonte CBCA 2020 14 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Quadro 9 Aços especificados por Normas Brasileiras para uso estrutural ABNT NBR 7007 ABNT NBR 6648 ABNT NBR 6649 ABNT NBR 6650 Aço carbono e microligados para uso estrutural geral Chapas grossas de aço carbono para uso estrutural Chapas finas a frioa quente de aço carbono para uso estrutural Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa MR 250 250 400560 CG 26 255 410 CF 26 260260 400410 AR 350 350 450 CG 28 275 440 CF 28 280280 440440 AR 350 COR 350 485 CF 30 300 490 AR 145 415 520 ABNT NBR 5000 ABNT NBR 5004 ABNT NBR 5008 Chapas grossas de aço de baixa liga e alta resistência mecânica Chapas finas de aço de baixa liga e alta resistência mecânica Chapas grossas e bobinas grossas de aço de baixa liga resistentes à corrosão atmosférica para uso estrutural Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa G 30 300 415 F 32 Q 32 310 410 CGR 400 250 380 F 35 Q 35 340 450 G 35 345 450 Q 40 380 480 CGR 500 e CGR 500A 370 490 G 42 415 520 Q 42 410 520 G 45 450 550 Q 45 450 550 ABNT NBR 5920 ABNT NBR 5921 ABNT NBR 8261 Chapas finas e bobinas finas a frio a quente de aço de baixa liga resistentes à corrosão atmosférica para uso estrutural Perfil tubular de aço carbono formados a frio com e sem costura de seção circular ou retangular para usos estruturais Denominação fy MPa fu MPa Seção circular Seções quadrada e retangular Denominação fy MPa fu MPa fy MPa fu MPa CFR 400 250 380 B 290 400 317 400 CFR 00 310 370 450 490 C 317 427 345 427 Fonte ABNT 2011 15 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III Quadro 10 aços de uso frequente especificados pela ASTM para uso estrutural Classificação Denominação Produto Grupo perfil ou faixa de espessura disponível Grau fy MPa fu MPa Aços carbono A36 Perfis 1 2 e 3 250 400 a 550 Chapas e Barras t 200 mm A500 Perfis 4 A 230 310 B 290 400 Aços de baixa liga e alta resistência mecânica 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 e Barras t 150 mm 42 290 415 t 100 mm 50 345 450 t 50 mm 55 380 485 t 315 mm 60 415 520 65 450 550 A992d Perfis 1 2 e 3 345 a 450 450 Aços de baixa liga e alta resistência mecânica à corrosão atmosférica A242 Perfis 1 345 485 2 315 460 3 290 435 Chapas e Barras t 19 mm 345 480 19 mm t 375 mm 315 460 375 mm t 100 mm 290 435 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 Aços de baixa liga temperados e auto revenidos A913 Perfis 1 e 2 50 345 450 60 415 520 65 450 550 Fonte ABNT 2011 16 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Os aços estruturais mais utilizados pela construção civil podem ser divididos e listados em dois grandes grupos devido à composição e tratamento e devido à utilização A Composição e tratamento Quadro 11 Exemplos de aços estruturais utilizados na construção civil de acordo com a composição química e tratamento térmico Tipo Exemplos Aços carbono A36A36M A53A53M A500 A501 A529A529M Aços de alta resistência e baixa liga A 441 A572A572M A618 Aços de alta resistência e baixa liga resistentes à corrosão A242A242M A588A588M Aços liga temperados e revenidos A514A514M A517 Fonte CIMM 2020 B Utilização Quadro 12 Exemplos de aços estruturais utilizados na construção civil de acordo a utilização Tipo Exemplos Formas estruturais laminadas a quente A36A36M A529A529M A572A572M A588A588M A709A709M A913A913M A922A922M Tubos A500 A501 A618 A847 Tubos seção circular A53A53M Placas e chapas grossas A36A36M A242A242M A283A283M A514A514M A529A529M A572A572M A588A588M A709A709M A852A852M A1011A1011M Barras e vergalhões A36A36M A529A529M A572A572M A615A615M A616 A617 A706A706M A709A709M Chapas A606 A1011A1011M Fonte CIMM 2020 17 CAPÍTULO 3 AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA 31 Aspectos Gerais 311 Tipos de aço carbono e suas propriedades O aço carbono pode ser classificado em três categorias de acordo com seu teor de carbono aço de baixo carbono ou aço de carbono suave aço de médio carbono e aço de alto carbono 312 Aço de baixo carbono O aço com baixo teor de carbono é a forma mais usada de aço carbono Esses aços geralmente têm um teor de carbono inferior a 025 em peso Eles não podem ser endurecidos por tratamento térmico para formar martensita de modo que isso geralmente é alcançado por trabalho a frio Os aços carbono são geralmente relativamente macios e com baixa resistência Eles no entanto têm alta ductilidade tornandoos excelentes para usinagem soldagem e baixo custo Aços de alta resistência e baixa liga ARBL também são frequentemente classificados como aços de baixo carbono no entanto também contêm outros elementos como cobre níquel vanádio e molibdênio Combinados eles representam até 10 em peso do teor de aço Os aços de alta resistência e baixa liga como o nome sugere têm maiores forças o que é alcançado por tratamento térmico Eles também retêm a ductilidade tornando os facilmente moldáveis e usináveis Os ARBL são mais resistentes à corrosão do que os aços de baixo carbono Os aços de baixo carbono são frequentemente usados em componentes de carrocerias de automóveis formas estruturais vigas em I canal e cantoneiras tubos componentes de construção e ponte e latas de alimentos 313 Aço carbono médio O aço de médio carbono tem um teor de carbono de 025 060 em peso e um teor de manganês de 060 165 em peso As propriedades mecânicas deste aço são aprimoradas por meio de tratamento térmico que envolve austenitização seguida de têmpera e revenido proporcionando uma microestrutura martensítica 18 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA O tratamento térmico só pode ser realizado em seções muito finas no entanto elementos de liga adicionais como cromo molibdênio e níquel podem ser adicionados para melhorar a capacidade dos aços de serem tratados termicamente e portanto endurecidos Os aços de carbono médio endurecido têm maior resistência que os aços de baixo carbono no entanto isso ocorre às custas da ductilidade e resistência 314 Aço de alto carbono O aço com alto teor de carbono tem um teor de carbono de 060 a 125 em peso e um teor de manganês de 030 a 090 em peso Possui a maior dureza e tenacidade dos aços carbono e a menor ductilidade Os aços de alto carbono são muito resistentes ao desgaste como resultado de serem quase sempre endurecidos e revenidos Aços para ferramentas e aços para matriz são tipos de aços com alto teor de carbono que contêm elementos de liga adicionais incluindo cromo vanádio molibdênio e tungstênio A adição desses elementos resulta no aço muito resistente ao desgaste resultado da formação de compostos de carboneto como o carboneto de tungstênio Devido à sua alta resistência ao desgaste e dureza os aços de alto carbono são utilizados nas ferramentas de corte nas molas e nos arames de alta resistência 32 Propriedades Físicas e Mecânicas Os usos do aço de médio carbono são definidos pelo requisito de alta resistência à tração e ductilidade que apesar da fragilidade em comparação com outras formas de aço o tornam a escolha preferida Entre 025 e 06 de carbono é adicionado durante o processo de fabricação para criar um produto de aço médio ou médio Essa faixa específica de carbono é combinada com um processo de resfriamento isto é resfriamento do aço da superfície externa para a interna e revenimento para criar uma estrutura que tenha uma resistência à tração consistente conhecida como Martensita em todo o corpo Seu conteúdo de carbono microestrutura e propriedades são comparadas da seguinte forma 19 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III Quadro 13 Teor de carbono microestrutura e principias propriedades dos aços carbonos Teor de carbono em peso Microestrutura Propriedades Aço de baixo carbono Até 015 C extra doce 015C até 030C aço meio doce 030 Ferrita Perlita Baixa dureza e custo Alta ductilidade tenacidade usinabilidade e soldabilidade Aço carbono médio 030C até 060C maço meio duro 030 060 Martensita Baixa temperabilidade resistência média ductilidade e resistência Aço de alto carbono 060C até 070C aço duro Acima de 080 aço extra duro 060 125 Perlita Alta dureza força baixa ductilidade Fonte Elaboração própria do autor Devido ao maior teor de carbono e manganês a formação de martensita é sempre uma possibilidade nas soldagens desse grupo de aço o que aumenta a dureza e a possibilidade de trincas póssoldadas Para controlar a formação de martensita e limitar a dureza o préaquecimento é quase inevitável A ductilidade do aço de médio carbono permite que seja moldado em chapas para caldeiras e outros tanques com conteúdo altamente pressurizado O aço de médio carbono não pode ser usado em sistemas de tanques pressurizados que contenham líquidos ou gases frios porque a estrutura martensita do aço o torna frágil e suscetível a trincas a frio Vigas de aço estrutural chapas de junção e outras formas associadas à construção exigem uma alta resistência à tração para resistir ao torque e à pressão de construções e pontes Cuidados especiais devem ser tomados para isolar adequadamente o aço para evitar que seja afetado por extremos de calor e frio o que pode alterar a estrutura do martensita e diminuir sua integridade estrutural 20 REFERÊNCIAS ABAL Laminação 2019 Disponível em httpabalorgbraluminioprocessosdeproducaolaminacao Acesso em 11 set 2020 AÇO BRASIL Processo Siderúrgico 2020 Disponível em httpwwwacobrasilorgbrsite2015 processohtml Acesso em 01 jul 2020 AÇO PLANO Etapas de produção do aço em siderúrgicas 2018 Disponível em httpwww acoplanocombrblogetapasdeproducaodoacoemsiderurgicas Acesso em 01 jul 2020 AÇO ROMAN Têmpera Cementação Revenimento 2020 Disponível em CIMM Aços de Alta Resistência e Baixa Liga 2020 Disponível em httpsacocombracotemperacementacaorevenimento Acesso em 21 jun 2020 Acesso em 30 jun 2020 ARAðJO T D Propriedades dos Materiais 2010 Disponível em httpwwwdeeccufcbr DownloadTB793ResistenciadosMateriaisresmatIaula04apdf Acesso em 20 maio 2016 ASHBY M F e JONES D R H Engenharia de Materiais Volume I 3 ed Rio de Janeiro Campus 2007a ASHBY M F e JONES D R H Engenharia de Materiais Volume II 3 ed Rio de Janeiro Campus 2007b ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 7007 Aço carbono e microligados para barras e perfis laminados a quente para uso estrutural Rio de Janeiro nov 2011 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 8800 Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas açoconcreto de edifícios Rio de Janeiro nov 2007 AYALA G Abarca Diagrama Hierro Carbono Austenita Ferrita Cementita Perlita Martensita Bainita Ledeburita 2020 Disponível Em HttpsWwwAcademiaEdu36771480DiagramaHierro CarbonoAustenitaFerritaCementitaPerlitaMartensitaBainitaLedeburita Acesso em 01 jul 2020 BEER F P Resistência dos Materiais 3 ed São Paulo Makron Books 1995 BORGES M M Forjamento 2016 Disponível em httpmmborgescomprocessosConformacao conthtmlForjamentohtm Acesso em 16 maio 2016 BOTELHO A P SILVA D S Corrosão de Armadura em Estruturas de Concreto Armado 2008 85 f TCC Graduação Curso de Engenharia Civil Centro de Ciências Exatas e Tecnologia CCET Universidade da Amazônia Unama Belém Pa 2008 BULLEN V Metal vs Steel Is There a Difference 2020 Disponível em httpshomehowstuffworks comhomeimprovementconstructionmaterialsmetalvssteelbuildingshtm Acesso em 12 jun 2020 CALLISTER JÚNIOR W D Ciência e Engenharia de Materiais 5 ed Rio de Janeiro LTC 2002 CASCUDO O O Controle de Corrosão de Armaduras em Concreto Inspeção e Técnicas Eletroquímicas São Paulo Pini 1997 CBCA CONSTRUÇÃO EM AÇO 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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DAS ESTRUTURAS METÁLICAS UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Elaboração Tatiana Conceição Machado Barretto Produção Equipe Técnica de Avaliação Revisão Linguística e Editoração SUMÁRIO UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA 5 CAPÍTULO 1 AÇOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 6 CAPÍTULO 2 AÇOS ESTRUTURAIS 13 CAPÍTULO 3 AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA 17 REFERÊNCIAS 20 5 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Levando em consideração a taxa de construções o aço se mostrou bastante favorável Com o aumento do uso de aço na construção não resta dúvida de que ele assumirá todo o campo da construção em breve Dentre os aços estruturais existentes atualmente o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36 que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica Entretanto a tendência moderna no sentido de se utilizar estruturas cada vez maiores tem levado os engenheiros projetistas e construtores a utilizar aços de maior resistência os chamados aços de alta resistência e baixa liga de modo a evitar estruturas cada vez mais pesadas Nesta unidade estudaremos os principais aços utilizados na Construção Civil daremos aqui uma maior ênfase aos aços estruturais estudaremos os conceitos básicos ligados a eles os principais tipos as aplicações e as normas utilizadas 6 CAPÍTULO 1 AÇOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 11 Aço em Edifícios e Infraestruturas A construção é uma das mais importantes indústrias consumidoras de aço respondendo por mais de 50 da demanda mundial de aço Os edifícios de casas a estacionamentos escolas e arranhacéus dependem do aço para sua resistência O aço também é usado em telhados e como revestimento para paredes externas A população mundial deverá aumentar em 2 bilhões de pessoas nos próximos 30 anos de 77 bilhões atualmente para 97 bilhões em 2050 de acordo com um novo relatório das Nações Unidas lançado em 2019 Isso será acompanhado por uma rápida urbanização À medida que a necessidade de edifícios e infraestrutura continua a crescer em todo o mundo a redução do consumo de recursos naturais e emissões associadas é crucial para a sustentabilidade futura Enquanto a construção dos edifícios responde por 28 da emissão global de CO2 eles também apresentam muitas oportunidades para reduzir as emissões e mitigar as mudanças climáticas As siderúrgicas de todo o mundo estão cada vez mais fornecendo soluções de construção que permitem edifícios com eficiência energética e com baixa emissão de carbono O aço não é apenas acessível prontamente disponível e mais seguro suas propriedades intrínsecas como resistência versatilidade durabilidade e 100 de reciclabilidade permitem melhorar o desempenho ambiental em todo o ciclo de vida dos edifícios Os aços de alta resistência avançados usados em aplicações de chapas de aço também encontram usos em diversas indústrias relacionadas Plataformas de petróleo offshore pontes máquinas de engenharia civil e construção carruagens tanques e vasos de pressão usinas nucleares térmicas e hidrelétricas todas essas aplicações se beneficiam dos atributos dos aços modernos As possibilidades de uso de aço em edifícios e infraestrutura são ilimitadas Os aplicativos mais comuns estão listados abaixo 111 Para edifícios Seções estruturais fornecem uma estrutura forte e rígida para o edifício e representam 25 do uso de aço nos edifícios 7 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III Barras de reforço adicionam resistência à tração e rigidez ao concreto e compõem 44 do uso de aço em edifícios O aço é usado porque se liga bem ao concreto tem um coeficiente de expansão térmica semelhante e é forte e relativamente econômico O concreto armado também é usado para fornecer fundações e porões profundos e atualmente é o principal material de construção do mundo Chapas 31 são em chapas como telhados roldanas paredes internas tetos revestimentos e painéis isolantes para paredes externas Aço não estrutural o aço também é encontrado em muitas aplicações não estruturais em edifícios como equipamentos de aquecimento e refrigeração e dutos internos Luminárias e acessórios internos como trilhos estantes e escadas também são feitos de aço Atualmente os edifícios são responsáveis por 39 das emissões globais de carbono relacionadas à energia 28 das emissões operacionais da energia necessária para aquecêlos resfriálos e alimentálos e os 11 restantes de materiais e construção 112 Para infraestrutura Redes de transporte o aço é necessário para pontes túneis ferrovias e na construção de edifícios como estações de abastecimento estações de trem portos e aeroportos Cerca de 60 do uso de aço nesta aplicação é como vergalhão e o restante são seções chapas e trilhos Serviços públicos combustível água energia mais de 50 do aço usado para esta aplicação está em tubulações subterrâneas para distribuir água de e para a habitação e para distribuir gás O restante é principalmente vergalhão para usinas de energia e casas de bombeamento 12 Benefícios do uso de aço na construção É reutilizável e infinitamente reciclável Contém pelo menos 25 de aço reciclado Permite eficiência energética em edifícios e projetos de construção Forte exigindo menos vigas e fornecendo mais espaço aberto utilizável Leve exigindo fundações reduzidas Menos material implica economia de recursos e menor impacto no meio ambiente 8 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Flexível em combinação com outros materiais Resistente a terremotos devido à ductilidade do aço Construção rápida no local para edifícios préfabricados Durável 13 Diferentes utilizações do aço na Construção Civil 131 Aço carbono liso Este é o tipo mais comum de aço usado na construção civil também conhecido como açocarbono É forte e durável e garante uma construção robusta Devido à força que o aço carbono fornece é extremamente útil em edifícios e provou ser de grande vantagem Ele não quebra quando dobrado é imensamente flexível dúctil e com grande plasticidade além de poder suportar calamidades como terremotos sem causar rachaduras no material Este é o fator mais vantajoso do aço carbono Um edifício de aço quase nunca está sujeito a desmoronar ou destruir de qualquer forma Pode suportar qualquer tipo de calamidade e é forte o suficiente para não rachar por sua vez é capaz de salvar seus ocupantes Outros materiais de construção podem facilmente desmoronar ou quebrar mas o aço não e o aço carbono é altamente forte para sobreviver a qualquer problema grave O aço com baixo carbono é mais simples de manusear devido à sua capacidade de ser manipulado por dois pontos de escoamento em que o primeiro ponto de escoamento é um pouco mais alto que o segundo O aço tem uma densidade de 785 g cm Devido à sua capacidade de solda o aço carbono simples é mais resistente do que qualquer outro No entanto a proteção contra incêndio é muito importante em um edifício de aço e deve ser levada em consideração Além disso a construção em aço não causa problemas 132 Aço para vergalhão Mais comumente conhecido como aço de reforço esse tipo de aço é usado como dispositivo de tensão para concreto armado ou estrutura de alvenaria reforçada É criado em aço carbono com nervuras para ancoragem mecânica de uma maneira melhor no concreto Ele retém o concreto por compressão e está disponível em vários tipos de graus que geralmente são encontrados em especificações variadas em resistência ao escoamento resistência à tração vital composição química e porcentagem de alongamento Possui imenso potencial de expansão e varia em muitos tamanhos dependendo do país e da construção Com suas tendências recicláveis o vergalhão é comprovadamente útil As 9 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III classes e especificações também fornecem tipos variados de vergalhões por exemplo há arame de aço liso usado para reforço de concreto além de barras de aço revestidas com epóxi para reforço barras lisas e barras deformadas em aço ferroviário barras revestidas de aço e zinco aço de baixa liga aço inoxidável aço axel aço deformado soldado tapetes de barra de aço deformados fabricados cromo barras de aço de baixo carbono etc A NBR 7480 diz respeito aos aços destinados a armaduras paras estruturas de concreto armado Esta norma destaca os requisitos mínimos para a fabricação e fornecimento de barras e fios de aço que serão utilizados para confecção das armaduras de concreto armado apresentando ou não revestimento superficial Figura 36 Especificação dos aços para armadura Aço CA 50 Aço CA 60 6ensão de escoamento 50 Kgfmm2 ou 600MP Tensão de escoamento 50 Kgfmm2 ou 500MP Concreto Armado Concreto Armado Principais Características Superfície rugosa Laminados a quente Principais Características Superfície liso Trefilação fio a fio Fonte Elaboração própria do autor Na armadura do concreto é comum a utilização dos aços de baixo teor de carbono menos de 04 quando os vergalhões são usados em concreto armado A NBR 7480 descreve que as barras de aço são classificadas de acordo com a sua resistência ao escoamento nas categorias CA25 C50 e CA60 Estes aços são os mais utilizados para a construção de estruturas de concreto armado e apresentam um teor médio de carbono entre 04 e 06 Em geral são aços estruturais SAE 1020 eou SAE 1010 de simples produção O aço CA25 deve apresentar uma superfície lisa sem quaisquer nervuras ou entalhes e adotar o coeficiente de conformação superficial ηb para todos os diâmetros de 10 NBR 7480 10 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Os aços CA50 e CA60 devem apresentar nervuras transversais oblíquas e pelo menos duas nervuras longitudinais contínuas e diametralmente opostas que têm a finalidade de impedir que ocorra o giro da barra no interior do concreto NBR 7480 As configurações geométricas dessas saliências também devem seguir o que está especificado na NBR 6118 a qual indica que a conformação superficial η1 está ligada ao coeficiente de conformação superficial ηb Quadro 7 Tratase de um tópico importante pois as características de aderências dos vergalhões são determinadas pelo coeficiente de conformação superficial ηb ISAIA 2005 Quadro 7 Categoria dos aços Categoria do aço Coeficientes CA25 CA50 CA60 Lisa Alta aderência Entalhada ou nervurada ηb 10 15 12 η1 10 225 14 Fonte Isaia 2005 A norma traz outras informações importantes os fios e barras utilizados em armaduras de concreto armado não devem apresentar defeitos como esfoliação corrosão manchas de óleo redução de seção e fissuras transversais A oxidação superficial não é considerada prejudicial quando não compromete a sua aderência conformação e geometria NBR 7480 Outras normais que se referem à utilização de aços ABNT NBR 7007 Açocarbono e microligados para barras e perfis laminados a quente para uso estrutural ASTM A242 Especificação padrão para aço estrutural de alta resistência e baixa liga ASTM A588 Especificação padrão para aço estrutural de alta resistência e baixa liga até 50 ksi 345 MPa Ponto de rendimento mínimo com resistência à corrosão atmosférica ASTM A709 Especificação padrão para aço estrutural para pontes ASTM A36 Especificação padrão para aço estrutural de carbono 11 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III 133 Aço Estrutural As formas de aço estrutural são feitas com esse tipo de aço formado a partir de uma seção transversal precisa ao mesmo tempo em que segue padrões definidos para propriedades mecânicas e composição química O aço estrutural é fornecido em várias formas como perfil longitudinal perfil Z perfil HSS perfil L ângulo canal estrutural perfil C seção transversal perfil T perfil de trilho barra haste chapa viga aberta da rede aço etc O aço estrutural padrão varia em diferentes países com especificações diferentes O aço estrutural é dúctil forte durável e pode ser transformado em praticamente qualquer formato com base na construção pode ser construído quase imediatamente no momento em que é recebido no local da construção O aço estrutural é resistente ao fogo por si só mas a proteção contra incêndio deve ser fornecida caso exista a possibilidade de esquentar até um ponto em que começa a perder força A corrosão deve ser evitada quando se trata de aço estrutural mas sabese que edifícios altos resistiram a vários tipos de calamidades quando construídos com aço estrutural A construção em aço está ganhando popularidade em todo o mundo e todas as regiões se beneficiaram do uso do aço ao longo dos anos Muitas das maiores maravilhas arquitetônicas foram construídas através do uso de aço seja estrutural carbono ou vergalhões além de todos os outros tipos de aço disponíveis para a construção de edifícios Mais importante ainda o uso do aço garante mais respeito ao meio ambiente do que outros modos de construção e por conta apenas desse fator possui preferência Por que escolher o aço Algumas utilizações vitais dos aços são apresentadas a seguir a O aço é ecológico e sustentável Possui grande durabilidade b Comparado a outros materiais o aço requer uma baixa quantidade de energia para produzir uma construção em aço leve c O aço é o material mais reciclado do mundo que pode ser reciclado com muita facilidade Suas propriedades magnéticas exclusivas tornam um material fácil de recuperar do fluxo a ser reciclado d O aço pode ser projetado em várias formas Dá melhor forma e aresta do que o ferro e Os aços de engenharia são usados para os setores gerais de engenharia e manufatura 12 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA f O aço é altamente utilizado na indústria automobilística Diferentes tipos de aços são usados na carroçaria nas portas no motor na suspensão e no interior A média de 50 de um carro é feita de aço g O aço reduz as emissões de CO2 h Todos os tipos de setores de energia demandam aço para infraestrutura e extração de recursos i Os aços inoxidáveis são usados para produzir plataformas e oleodutos offshore j Os aços são usados para embalar e proteger mercadorias da água do ar e da exposição à luz k A maioria dos eletrodomésticos como geladeira TV forno pias etc é feita de aço l Os aços são usados para produzir produtos industriais como veículos e máquinas agrícolas m O aço inoxidável é usado como material de cutelaria n Devido à sua facilidade de soldagem e acabamento atraente o aço se tornou uma característica proeminente na arquitetura moderna o O aço inoxidável proporciona um ambiente higiênico É por isso que é usado para implantes cirúrgicos p O aço tem uma faixa mais ampla de temperatura que é usada para fazer chapas grandes q Recursos de energia renovável como energia solar hidrelétrica e eólica usam os componentes de aço inoxidável r O aço é usado na construção civil É também um material de estrutura de construção altamente favorecido 13 CAPÍTULO 2 AÇOS ESTRUTURAIS 21 Aços Estruturais Os aços estruturais são todos aqueles aços que possuem características ideais para serem usados como elementos estruturais ou seja devido a suas propriedades conseguem suportar cargas De modo geral possuem conformações na forma de perfis cantoneiras ou chapas São produzidos sob certos cuidados que envolvem alguns requisitos químicos e determinadas propriedades mecânicas Esse tipo de aço é utilizado na construção de edifícios pontes navios entre outras estruturas Figura 37 Estrutura em aço Fonte Jaguari Estruturas Metálicas 2020 Os aços que mais interessam à construção civil são os chamados de aços estruturais de média e alta resistência mecânica Esses termos são utilizados para designar todo o aço que devido a sua ductilidade resistência e outras propriedades mecânicas se adéqua à utilização como elemento estrutural da construção civil que recebe carregamentos Para que possa ser usado como estrutural o aço deve possuir algumas características como alta tensão de escoamento e tenacidade boa soldabilidade suscetibilidade a corte por chama boa trabalhabilidade em operação como corte furação e dobra sem que haja defeitos como fissuras e outros Os aços estruturais podem ser classificados conforme a tensão de escoamento mínima em três tipos Quadro 8 Classificação dos aços estruturais Tipo Limite de escoamento mínimo MPa Aço carbono de média resistência 195 a 259 Aço de alta resistência e baixa liga 290 a 345 Aços ligados tratados termicamente 630 a 700 Fonte CBCA 2020 14 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Quadro 9 Aços especificados por Normas Brasileiras para uso estrutural ABNT NBR 7007 ABNT NBR 6648 ABNT NBR 6649 ABNT NBR 6650 Aço carbono e microligados para uso estrutural geral Chapas grossas de aço carbono para uso estrutural Chapas finas a frioa quente de aço carbono para uso estrutural Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa MR 250 250 400560 CG 26 255 410 CF 26 260260 400410 AR 350 350 450 CG 28 275 440 CF 28 280280 440440 AR 350 COR 350 485 CF 30 300 490 AR 145 415 520 ABNT NBR 5000 ABNT NBR 5004 ABNT NBR 5008 Chapas grossas de aço de baixa liga e alta resistência mecânica Chapas finas de aço de baixa liga e alta resistência mecânica Chapas grossas e bobinas grossas de aço de baixa liga resistentes à corrosão atmosférica para uso estrutural Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa Denominação fy MPa fu MPa G 30 300 415 F 32 Q 32 310 410 CGR 400 250 380 F 35 Q 35 340 450 G 35 345 450 Q 40 380 480 CGR 500 e CGR 500A 370 490 G 42 415 520 Q 42 410 520 G 45 450 550 Q 45 450 550 ABNT NBR 5920 ABNT NBR 5921 ABNT NBR 8261 Chapas finas e bobinas finas a frio a quente de aço de baixa liga resistentes à corrosão atmosférica para uso estrutural Perfil tubular de aço carbono formados a frio com e sem costura de seção circular ou retangular para usos estruturais Denominação fy MPa fu MPa Seção circular Seções quadrada e retangular Denominação fy MPa fu MPa fy MPa fu MPa CFR 400 250 380 B 290 400 317 400 CFR 00 310 370 450 490 C 317 427 345 427 Fonte ABNT 2011 15 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III Quadro 10 aços de uso frequente especificados pela ASTM para uso estrutural Classificação Denominação Produto Grupo perfil ou faixa de espessura disponível Grau fy MPa fu MPa Aços carbono A36 Perfis 1 2 e 3 250 400 a 550 Chapas e Barras t 200 mm A500 Perfis 4 A 230 310 B 290 400 Aços de baixa liga e alta resistência mecânica 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 e Barras t 150 mm 42 290 415 t 100 mm 50 345 450 t 50 mm 55 380 485 t 315 mm 60 415 520 65 450 550 A992d Perfis 1 2 e 3 345 a 450 450 Aços de baixa liga e alta resistência mecânica à corrosão atmosférica A242 Perfis 1 345 485 2 315 460 3 290 435 Chapas e Barras t 19 mm 345 480 19 mm t 375 mm 315 460 375 mm t 100 mm 290 435 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 Aços de baixa liga temperados e auto revenidos A913 Perfis 1 e 2 50 345 450 60 415 520 65 450 550 Fonte ABNT 2011 16 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA Os aços estruturais mais utilizados pela construção civil podem ser divididos e listados em dois grandes grupos devido à composição e tratamento e devido à utilização A Composição e tratamento Quadro 11 Exemplos de aços estruturais utilizados na construção civil de acordo com a composição química e tratamento térmico Tipo Exemplos Aços carbono A36A36M A53A53M A500 A501 A529A529M Aços de alta resistência e baixa liga A 441 A572A572M A618 Aços de alta resistência e baixa liga resistentes à corrosão A242A242M A588A588M Aços liga temperados e revenidos A514A514M A517 Fonte CIMM 2020 B Utilização Quadro 12 Exemplos de aços estruturais utilizados na construção civil de acordo a utilização Tipo Exemplos Formas estruturais laminadas a quente A36A36M A529A529M A572A572M A588A588M A709A709M A913A913M A922A922M Tubos A500 A501 A618 A847 Tubos seção circular A53A53M Placas e chapas grossas A36A36M A242A242M A283A283M A514A514M A529A529M A572A572M A588A588M A709A709M A852A852M A1011A1011M Barras e vergalhões A36A36M A529A529M A572A572M A615A615M A616 A617 A706A706M A709A709M Chapas A606 A1011A1011M Fonte CIMM 2020 17 CAPÍTULO 3 AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA 31 Aspectos Gerais 311 Tipos de aço carbono e suas propriedades O aço carbono pode ser classificado em três categorias de acordo com seu teor de carbono aço de baixo carbono ou aço de carbono suave aço de médio carbono e aço de alto carbono 312 Aço de baixo carbono O aço com baixo teor de carbono é a forma mais usada de aço carbono Esses aços geralmente têm um teor de carbono inferior a 025 em peso Eles não podem ser endurecidos por tratamento térmico para formar martensita de modo que isso geralmente é alcançado por trabalho a frio Os aços carbono são geralmente relativamente macios e com baixa resistência Eles no entanto têm alta ductilidade tornandoos excelentes para usinagem soldagem e baixo custo Aços de alta resistência e baixa liga ARBL também são frequentemente classificados como aços de baixo carbono no entanto também contêm outros elementos como cobre níquel vanádio e molibdênio Combinados eles representam até 10 em peso do teor de aço Os aços de alta resistência e baixa liga como o nome sugere têm maiores forças o que é alcançado por tratamento térmico Eles também retêm a ductilidade tornando os facilmente moldáveis e usináveis Os ARBL são mais resistentes à corrosão do que os aços de baixo carbono Os aços de baixo carbono são frequentemente usados em componentes de carrocerias de automóveis formas estruturais vigas em I canal e cantoneiras tubos componentes de construção e ponte e latas de alimentos 313 Aço carbono médio O aço de médio carbono tem um teor de carbono de 025 060 em peso e um teor de manganês de 060 165 em peso As propriedades mecânicas deste aço são aprimoradas por meio de tratamento térmico que envolve austenitização seguida de têmpera e revenido proporcionando uma microestrutura martensítica 18 UNIDADE III AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA O tratamento térmico só pode ser realizado em seções muito finas no entanto elementos de liga adicionais como cromo molibdênio e níquel podem ser adicionados para melhorar a capacidade dos aços de serem tratados termicamente e portanto endurecidos Os aços de carbono médio endurecido têm maior resistência que os aços de baixo carbono no entanto isso ocorre às custas da ductilidade e resistência 314 Aço de alto carbono O aço com alto teor de carbono tem um teor de carbono de 060 a 125 em peso e um teor de manganês de 030 a 090 em peso Possui a maior dureza e tenacidade dos aços carbono e a menor ductilidade Os aços de alto carbono são muito resistentes ao desgaste como resultado de serem quase sempre endurecidos e revenidos Aços para ferramentas e aços para matriz são tipos de aços com alto teor de carbono que contêm elementos de liga adicionais incluindo cromo vanádio molibdênio e tungstênio A adição desses elementos resulta no aço muito resistente ao desgaste resultado da formação de compostos de carboneto como o carboneto de tungstênio Devido à sua alta resistência ao desgaste e dureza os aços de alto carbono são utilizados nas ferramentas de corte nas molas e nos arames de alta resistência 32 Propriedades Físicas e Mecânicas Os usos do aço de médio carbono são definidos pelo requisito de alta resistência à tração e ductilidade que apesar da fragilidade em comparação com outras formas de aço o tornam a escolha preferida Entre 025 e 06 de carbono é adicionado durante o processo de fabricação para criar um produto de aço médio ou médio Essa faixa específica de carbono é combinada com um processo de resfriamento isto é resfriamento do aço da superfície externa para a interna e revenimento para criar uma estrutura que tenha uma resistência à tração consistente conhecida como Martensita em todo o corpo Seu conteúdo de carbono microestrutura e propriedades são comparadas da seguinte forma 19 AÇOS ESTRUTURAIS AÇO CARBONO DE MÉDIA RESISTÊNCIA UNIDADE III Quadro 13 Teor de carbono microestrutura e principias propriedades dos aços carbonos Teor de carbono em peso Microestrutura Propriedades Aço de baixo carbono Até 015 C extra doce 015C até 030C aço meio doce 030 Ferrita Perlita Baixa dureza e custo Alta ductilidade tenacidade usinabilidade e soldabilidade Aço carbono médio 030C até 060C maço meio duro 030 060 Martensita Baixa temperabilidade resistência média ductilidade e resistência Aço de alto carbono 060C até 070C aço duro Acima de 080 aço extra duro 060 125 Perlita Alta dureza força baixa ductilidade Fonte Elaboração própria do autor Devido ao maior teor de carbono e manganês a formação de martensita é sempre uma possibilidade nas soldagens desse grupo de aço o que aumenta a dureza e a possibilidade de trincas póssoldadas Para controlar a formação de martensita e limitar a dureza o préaquecimento é quase inevitável A ductilidade do aço de médio carbono permite que seja moldado em chapas para caldeiras e outros tanques com conteúdo altamente pressurizado O aço de médio carbono não pode ser usado em sistemas de tanques pressurizados que contenham líquidos ou gases frios porque a estrutura martensita do aço o torna frágil e suscetível a trincas a frio Vigas de aço estrutural chapas de junção e outras formas associadas à construção exigem uma alta resistência à tração para resistir ao torque e à pressão de construções e pontes Cuidados especiais devem ser tomados para isolar adequadamente o aço para evitar que seja afetado por extremos de calor e frio o que pode alterar a estrutura do martensita e diminuir sua integridade estrutural 20 REFERÊNCIAS ABAL Laminação 2019 Disponível em httpabalorgbraluminioprocessosdeproducaolaminacao Acesso em 11 set 2020 AÇO BRASIL Processo Siderúrgico 2020 Disponível em httpwwwacobrasilorgbrsite2015 processohtml Acesso em 01 jul 2020 AÇO PLANO Etapas de produção do aço em siderúrgicas 2018 Disponível em httpwww 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