2. Fabricação de aços para concreto armado - FEC

Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia Civil
Departamento de Estruturas
Aços para concreto armado
Notas de aula da disciplina
AU414 - Estruturas IV– Concreto armado
Prof. Msc. Luiz Carlos de Almeida
Agosto/2002
Aços para concreto armado ........................................................... 3
1. Introdução ............................................................................................... 3
2. Fabricação de aços para concreto armado ............................................. 4
a.
b.
Aços de dureza natural.......................................................................................................... 5
Aços deformados a frio......................................................................................................... 5
3. Características mecânicas ...................................................................... 5
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Diagrama tensão deformação................................................................................................ 5
Módulo de elasticidade ......................................................................................................... 8
Limite de proporcionalidade ................................................................................................. 8
Limite de elasticidade ........................................................................................................... 8
Limite de escoamento ........................................................................................................... 9
Limite de resistência ............................................................................................................. 9
4. Característica de aderência..................................................................... 9
5. Aços para concreto armado conforme a EB-3 ...................................... 10
6. Tipos de barras para armadura ............................................................. 12
7. Bibliografia............................................................................................. 13
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Aços para concreto armado
1. Introdução
Aço para concreto armado é a designação dada a todos os aços adequados para a
utilização como armadura nas estruturas de concreto armado.
No início do emprego do concreto armado na construção utilizavam-se principalmente
barras redondas laminadas em bruto e, às vezes, ferros chatos e angulares, que eram
ancorados no concreto por meio de ganchos nas suas extremidades, nessa época a
tensão de trabalho na armadura era baixa, de modo que as propriedades de aderência
das barras eram suficientes. No entanto, com o aparecimento dos aços de alta
resistência foi necessário melhor a capacidade de aderência das barras.
Atualmente são utilizadas em concreto armado barras redondas lisas ou com saliências
ou, em alguns casos malhas ou telas soldadas.
As barras lisas são fabricadas apenas para aços de baixa resistência, enquanto que as
barras de aço de alta resistência exigem saliências. As malhas soldadas podem ser
compostas por barras lisas (diâmetros menores) ou com saliências (diâmetros maiores).
Classificam como barras os elementos com comprimento nominal entre 10,00 a 12,00 m
(Figura 1a.) e como fios os elementos de diâmetro nominal inferior ou igual a 12,5 mm
cujo processo de fabricação permita o fornecimento em rolos de grandes comprimentos
(figura 2b.)
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Figura 1a. - Barras de aços
Figura 1b. – Fios de aços
No Brasil os aços destinados ao emprego em concreto armado devem satisfazer às
exigências da NBR-7480/96 e da EB-3.
Os aços para concreto armado diferenciam-se pelo processo de fabricação, pelas
características mecânicas e pela conformação superficial.
2. Fabricação de aços para concreto armado
Os aços para concreto armado são ligas de ferro que contém, para melhorar as suas
propriedades, elementos como carbono, manganês, silício, cromo e também impurezas
não metálicas como combinações de fósforo e enxofre.
Conforme a composição, resultam propriedades diferentes, sendo que o teor de carbono
desempenha papel principal.
A resistência do aço aumenta com o teor de carbono na sua composição ou mesmo a
adição de outros elementos formando a ligas. O mesmo efeito pode também ser obtido
por meio de tratamento posterior, térmico ou mecânico.
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Quanto ao processo de fabricação, os aços para concreto armado classificam-se em
aços de dureza natural e aços deformados a frio.
a. Aços de dureza natural
Aços de dureza natural são os obtidos por laminação a quente. Apresentam geralmente
um limite de escoamento bem definido e suas propriedades dependem unicamente da
sua composição química.
b. Aços deformados a frio
Aços deformados a frio são aqueles obtidos por deformação a frio após a laminação.
Através de um trabalho mecânico (estiramento, torção, relaminação, trefilação)
executado a frio em um aço de dureza natural consegue-se aumentar a sua resistência.
Porém quando aquecido a altas temperaturas, o aço deformado a frio perde essa
resistência e retorna à condição de aço de dureza natural.
3. Características mecânicas
a. Diagrama tensão deformação
Solicitado à tração axial, um aço de dureza natural apresenta um diagrama tensãodeformação, como o mostrado na Figura 02 e um aço de dureza natural como o
mostrado na Figura 03.
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Figura 02 - Diagrama tensão-deformação dos aços de dureza natural
Figura 03 – Diagrama tensão-deformação dos aços deformados a frio
Esses diagramas apresentam as seguintes características:
- um trecho reto que inicia na origem e vai até fp , indicando proporcionalidade entre
tensão e deformação;
- um trecho curvo entre fp e fy,
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- patamar de escoamento com tensão constante fy para os aços de dureza natural;
- um trecho curvo ascendente de fy até fr que é a ruptura.
Os aços deformados a frio não possuem o patamar de escoamento e, por isso, não
apresentam limite de escoamento definido. Para esses aços admite-se um limite de
escoamento convencional.
Se uma barra de aço deformada a frio for carregada de modo que a tensão ultrapasse o
limite elástico e depois for descarregada, a tensão se anula mas não a deformação,
resultando em um deformação permanente. Essa deformação residual é tão maior
quanto mais alta for a tensão atingida durante o carregamento (Figura 04)
Figura 04
Define-se limite de escoamento para os aços deformados a frio como a tensão que
corresponde a uma deformação permanente de 0,2%, conforme mostra a Figura 05
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Figura 05
b. Módulo de elasticidade
Para as tensões de trabalho o módulo de elasticidade dos aços de dureza natural vale
2.100.000 kgf/cm² e o dos aços deformados a frio é aproximadamente 2.050.000
kgf/cm².
c. Limite de proporcionalidade
Entende-se por limite de proporcionalidade fp a maior tensão para qual se verifica
proporcionalidade entre a tensão e a deformação. Até a tensão fp
Vale a lei de Hooke.
d. Limite de elasticidade
Entende-se por limite de proporcionalidade a maior tensão para qual não ocorre
deformação permanente, é a tensão fp para os aços de dureza natural. Em geral
admitem-se coincidentes os limites de proporcionalidade e de elasticidade para os aços
de dureza natural.
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e. Limite de escoamento
Limite de escoamento fy é a tensão correspondente ao início do período de escoamento,
característica dos aços de dureza natural.
f. Limite de resistência
Entende-se por limite de resistência a tensão correspondente ao quociente da carga
máxima observada no ensaio pela área inicial da seção transversal do corpo de prova
4. Característica de aderência
A aderência é melhorada sensivelmente se as barras possuírem nervuras ou saliências
na sua superfície.
As nervuras permitem um engrenamento mecânico (encaixe) entre as barras e o
concreto, criando pequenos dentes de concreto que são solicitados por corte e se
opõem ao deslizamento da barra (Figura 06).
Figura 06
As nervuras podem ser longitudinais ou transversais. As nervuras podem ser anulares
ou em forma de foice.
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O coeficiente de conformação superficial é um número associado às barras para
expressar as suas características de aderência com op concreto. Seu valor é
determinado experimentalmente tomando-se como comparação as características da
aderência das barras lisas.
5. Aços para concreto armado conforme a EB-3
A EB-3 classifica as barras e fios de acordo com o processo de fabricação e com a
configuração do diagrama tensão-deformação em aços classe A, que são os aços
laminados a quente (Figura 07), e classe B, (que são os aços deformados a frio Figura
08).
Figura 07 – Diagrama simplificado dos aços classe A
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Figura 08 – Diagrama simplificado dos aços classe B
Na figura, tem-se:
fs - tensão normal na barra de aço submetida a ensaio de tração;
εs - deformação correspondente na barra de aço;
fp - tensão normal limite de proporcionalidade: da origem até este ponto o material se
comporta como elástico linear, isto é, vale a lei de Hooke (σ = E · ε );
fy - tensão de escoamento: até este ponto, o material ainda se comporta como elástico;
além dele, como plástico, pois ocorre o escoamento, um aumento na deformação com
sustentação da tensão normal aplicada;
fr - tensão de ruptura da barra de aço;
No trecho reto, supõe-se comportamento elástico linear com um módulo de elasticidade
Es = 2.100.000 KGf/cm².
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A EB-3 classifica as barras, de acordo com as características mecânicas, mas seguintes
categorias CA-25, CA-50 e CA-60. O aço CA-25 é fabricado somente de dureza natural,
isto é, classe A, já os aços CA-50 e CA-60 são fabricado tanto de dureza natural, Classe
A, como também deformados a frio, Classe B.
A nomenclatura dos aços segundo a EB-3, é a seguinte:
CA-25
CA-50A e CA-50B
CA-60A e CA-60B
Onde:
-
CA indica ser o aço para concreto armado;
-
A ou B : a classe que o aço pertence;
-
25, 50 ou 60 : é o valore da resistência característica da tensão de escoamento
real ou convencional em kgf/mm².
6. Tipos de barras para armadura
A tabela abaixo mostra os valores nominais para cálculo que devem ser utilizados para
os fios e barras.
Área da seção de armadura As (cm2)
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7. Bibliografia
1 - Fernandes, G. B., Notas de aula, FEC-Unicamp, Campinas, 1980.
2 - Pfeil , W., Concreto Armado, vol 1, Livros Tecnicos e Cientificos Editora Ltda., Rio,
1985.
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