CONSTRUÇÃO EM AÇO | Aços estruturais – O aço é a mais versátil e a mais importante das ligas metálicas..
CONSTRUÇÃO EM AÇO | Aços estruturais
O aço é a mais versátil e a mais importante das ligas metálicas.
O aço é produzido em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações. Esta variedade decorre da necessidade de contínua adequação do produto às exigências de aplicações específicas que vão surgindo no mercado, seja pelo controle da composição química, seja pela garantia de propriedades específicas ou, ainda, na forma final (chapas, perfis, tubos, barras, etc.).
Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços e cerca de 75% deles foram desenvolvidos nos últimos 20 anos. Isso mostra a grande evolução que o setor tem experimentado.
Os aços-carbono possuem em sua composição apenas quantidades limitadas dos elementos químicos carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. Outros elementos químicos existem apenas em quantidades residuais.
A quantidade de carbono presente no aço define sua classificação. Os aços de baixo carbono possuem um máximo de 0,3% deste elemento e apresentam grande ductilidade. São bons para o trabalho mecânico e soldagem, não sendo temperáveis, utilizados na construção de edifícios, pontes, navios, automóveis, dentre outros usos.
Os aços de médio carbono possuem de 0,3% a 0,6% de carbono e são utilizados em engrenagens, bielas e outros componentes mecânicos. São aços que, temperados e revenidos, atingem boa tenacidade e resistência. Aços de alto carbono possuem mais do que 0,6% de carbono e apresentam elevada dureza e resistência após têmpera. São comumente utilizados em trilhos, molas, engrenagens, componentes agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas etc.
Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de média e alta resistência mecânica, termo designativo de todos os aços que, devido à sua resistência, ductilidade e outras propriedades, são adequados para a utilização em elementos da construção sujeitos a carregamento.
Os principais requisitos para os aços destinados à aplicação estrutural são: elevada tensão de escoamento, elevada tenacidade, boa soldabilidade, homogeneidade microestrutural, susceptibilidade de corte por chama sem endurecimento e boa trabalhabilidade em operações tais como corte, furação e dobramento, sem que se originem fissuras ou outros defeitos.
Os aços estruturais podem ser classificados em três grupos principais, conforme a tensão de escoamento mínima especificada:
| 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 |
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.
Os aços de alta resistência e baixa liga são utilizados toda vez que se deseja:
- Aumentar a resistência mecânica permitindo um acréscimo da carga unitária da estrutura ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, ou seja, o emprego de seções mais leves;
- Melhorar a resistência à corrosão atmosférica;
- Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga;
- Elevar a relação do limite de escoamento para o limite de resistência à tração, sem perda apreciável da ductilidade.
Dentre os aços pertencentes a esta categoria, merecem destaque os aços de alta resistência e baixa liga resistentes à corrosão atmosférica. Estes aços foram apresentados ao mercado norte-americano em 1932, tendo como aplicação específica a fabricação de vagões de carga. Desde o seu lançamento até nossos dias, desenvolveram-se outros aços com comportamentos semelhantes, que constituem a família dos aços conhecidos como patináveis. Enquadrados em diversas normas, tais como as normas brasileiras NBR 5008, 5920, 5921 e 7007 e as norte-americanas ASTM A242, A588 e A709, que especificam limites de composição química e propriedades mecânicas, estes aços têm sido utilizados no mundo inteiro na construção de pontes, viadutos, silos, torres de transmissão de energia, etc. Sua grande vantagem, além de dispensarem a pintura em certos ambientes, é possuírem uma resistência mecânica maior que a dos aços carbono. Em ambientes extremamente agressivos, como regiões que apresentam grande poluição por dióxido de enxofre ou aquelas próximas da orla marítima, a pintura lhes confere um desempenho superior àquele conferido aos aços carbono.
O que distinguia o novo produto dos aços carbono, no que diz respeito à resistência à corrosão, era o fato de que, sob certas condições ambientais de exposição, ele podia desenvolver em sua superfície uma película de óxidos aderente e protetora, chamada de pátina, que atuava reduzindo a velocidade do ataque dos agentes corrosivos presentes no meio ambiente. A Figura 1 mostra as curvas típicas de avaliação da resistência à corrosão de um aço patinável e de um aço carbono comum expostos às atmosferas industrial, urbana, rural e marinha.
Figura 1. Resistência à corrosão de um aço patinável (ASTM A242) e de um aço carbono comum
(ASTM A36) expostos às atmosferas industriais (Cubatão, S.P.), marinha (Bertioga, S.P.),
urbana (Santo André, S.P.) e rural (Itararé, S.P.). A medida é feita em termos da perda de
massa metálica em função do tempo de exposição em meses. Fonte: Fabio Domingos
Pannoni, M.Sc., Ph.D.
A formação da pátina é função de três tipos de fatores. Os primeiros a destacar estão ligados à composição química do próprio aço. Os principais elementos de liga que contribuem para aumentar-lhe a resistência frente à corrosão atmosférica, favorecendo a formação da pátina, são o cobre e o fósforo. O cromo, o níquel, e o silício também exercem efeitos secundários. Cabe observar, no entanto, que o fósforo deve ser mantido em baixos teores (menores que 0,1%), sob pena de prejudicar certas propriedades mecânicas do aço e sua soldabilidade.
Em segundo lugar vêem os fatores ambientais, entre os quais sobressaem a presença de dióxido de enxofre e de cloreto de sódio na atmosfera, a temperatura, a força (direção, velocidade e freqüência) dos ventos, os ciclos de umedecimento e secagem etc. Assim, enquanto a presença de dióxido de enxofre, até certos limites, favorece o desenvolvimento da pátina, o cloreto de sódio em suspensão nas atmosferas marítimas prejudica suas propriedades protetoras. Não se recomenda a utilização de aços patináveis não protegidos em ambientes industriais onde a concentração de dióxido de enxofre atmosférico seja superior a 168mgSO2/m2.dia (Estados Unidos e Reino Unido) e em atmosferas marinhas onde a taxa de deposição de cloretos exceda 50mg/m2.dia (Estados Unidos) ou 10 mg/m2.dia (Reino Unido).
Finalmente, há fatores ligados à geometria da peça, que explicam por que diferentes estruturas do mesmo aço dispostas lado a lado podem ser atacadas de maneira distinta. Esse fenômeno é atribuído à influência de seções abertas/fechadas, drenagem correta das águas de chuva e outros fatores que atuam diretamente sobre os ciclos de umidecimento e secagem. Assim, por exemplo, sob condições de contínuo molhamento, determinadas por secagem insatisfatória, a formação da pátina fica gravemente prejudicada. Em muitas destas situações, a velocidade de corrosão do aço patinável é semelhante àquela encontrada para os aços carbono. Exemplos incluem aços patináveis imersos em água, enterrados no solo ou recobertos por vegetação.
A Tabela 1 relaciona a composição química e propriedades mecânicas de um aço de carbono de média resistência mecânica (ASTM A36), um aço de alta resistência mecânica e baixa liga (ASTM A572 Grau 50) e dois aços de baixa liga e alta resistência mecânica resistentes à corrosão atmosférica (ASTM A588 Grau B e ASTM A242).
Aços de baixa liga e alta resistência resistentes à corrosão são produzidos no Brasil por várias siderúrgicas. A Tabela 2 traz a relação dos produtores e seus aços patináveis. Recomenda-se a visita ao site para a obtenção de informações adicionais.
Tabela 1: Comparativo de composição química e propriedades mecânicas de aços ASTM.
| ELEMENTO QUÍMICO |
ASTM
A36 (PERFIS) |
ASTM
A572 (GRAU 50) |
ASTM
A588 (GRAU B) |
ASTM
A242 (CHAPAS) |
| % C máx. |
0,26 |
0,23 |
0,20 |
0,15 |
| % Mn |
… (1) |
1,35 máx. |
0,75-1,35 |
1,00 máx. |
| % P máx. |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
0,15 |
| % S máx. |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
| % Si |
0,40 |
0,40 máx.3 |
0,15-0,50 |
… |
| % Ni |
… |
… |
0,50 máx. |
… |
| % Cr |
… |
… |
0,40-0,70 |
… |
| % Mo |
… |
… |
… |
… |
| % Cu |
0,202 |
… |
0,20-0,40 |
0,20 mín. |
| % V |
… |
… |
0,01-0,10 |
… |
| (% Nb + %V) |
… |
0,02-0,15 |
… |
… |
| Limite de escoamento (MPa) |
250 mín. |
345 mín. |
345 mín. |
345 mín. |
| Limite de resistência (MPa) |
400-550 |
450 mín. |
485 mín. |
480 mín. |
| Alongamento Após ruptura, % (lo = 200mm) |
20 mín. |
18 mín. |
18 mín. |
18 mín. |
(1): Para perfis de peso superior a 634 kg/m, o teor de manganês deve estar situado entre 0,85 e 1,35% e o teor de silício entre 0,15 e 0,40%.
(2): Mínimo quando o cobre for especificado.
(3): Para perfis de até 634 kg/m.
(4): Espessuras entre 20 mm e abaixo.
Tabela 2: Os aços patináveis produzidos no Brasil.
Tabela 3: Similaridade entre Normas de Aços estruturais para a Construção Civil.
| NORMAS |
MARCAS
COMERCIAIS
|
| ASTM |
EN |
JIS |
NBR |
MERCOSUL |
|
ASTM A36
ASTM A 1011 SS Grau 36 Tipo 2
ASTM A 1018 SS Grau 36 Tipo 2
ASTM A 709 Grau 36
|
EN 10025-2 S235JR
EN 10025-2 S235J0
EN 10025-2 S275JR
EN 10025-2 S275J0 |
JIS G3101 SS400 |
ABNT NBR 6650 CF26
ABNT NBR 6648 CG26
ABNT NBR 7007 MR250 |
NM02 131 ED24 |
VMB 250 |
ASTM A 572 GR 42
ASTM A 1011 SS Grau 45 Tipo 1
ASTM A 1018 HSLA Grau 45 Classe 1 |
EN 10025 S275JR
EN 10025 S275J0 |
… |
… |
… |
CST CIVIL 300
USI CIVIL 300
VMB 300 |
ASTM A 572 Grau 50
ASTM A 1018 HSLAS Grau 50 Classe 1
ASTM A 1011 HSLAS Grau 50 Classe 1
ASTM A 709 Grau 50
ASTM A 992 |
EN 10025 S355JR
EN 10025 S355J0 |
JIS G3101 SS490 |
ABNT NBR 5000 Grau 35
ABNT NBR 5004 Grau Q35
ABNT NBR 7007 AR350 |
NM02 102 MCF345
NM02 101 MCG360 |
CST CIVIL 350
USI CIVIL 350
VMB 350 |
ASTM A 572 Grau 60
ASTM A 1018 HSLAS Grau 60 Classe 1
ASTM A 1011 HSLAS Grau 60 Classe 1 |
EN 10025 S450J0 |
JIS G3101 SS540 |
ABNT NBR 7007 AR415 |
… |
… |
| … |
EN 10155 S235J0 |
JIS G3114 SMA400 |
ABNT NBR 5921 CFR400
ABNT NBR 5008 CGR400 |
NM02 103 GR400 |
VMB 250 COR |
| ASTM A 709 Grau 50W |
EN 10025 S355J0W
EN 10025 S355J2W |
… |
ABNT NBR 5921 CFR400
ABNT NBR 5008 CGR400 |
NM02 103 GR400 |
CST COR 400
USI SAC 300
(Antigo USI-SAC 41E ou USI-SAC 41MG)
VMB 300 COR |
ASTM A 242
ASTM A588 Grau 50
ASTM A606 Tipo 4
ASTM A 709 Grau 50 W |
EN 10025 S355J0W
EN 10025 S355J2W
EN 10155 S355J0W |
JIS G3114 SMA490 |
ABNT NBR 5921 CFR500
ABNT NBR 5008 CGR500
ABNT NBR 5920 CFR500
ABNT NBR 7007 AR350
COR |
NM02 103 GR500 |
CST COR 500
GERDAU AÇOCOR 500
USI-SAC 350
(Antigo USI-SAC 50)
VMB 350 COR |
| ASTM A709 Grau HPS 70W |
… |
JIS G3114 SMA570 |
… |
… |
… |
NOTAS:
Para qualidades de aço diferente das apresentadas, consultar as empresas produtoras.
(*) As similaridades das normas não implicam em igualdade das mesmas.
Data da última atualização: 12/02/2014
Clique aqui e confira a tabela em pdf.
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