Aço estrutural A36 vs. A572 Grau 50: resistência e peso
Escolher entre o aço estrutural A36 e o A572 Grau 50 envolve mais do que comparar valores de resistência. Ambos os graus têm aproximadamente a mesma densidade, portanto uma viga fabricada com um deles não será automaticamente mais leve do que uma viga idêntica fabricada com o outro. O A572 Grau 50 tem, contudo, um limite mínimo de escoamento mais elevado, o que pode permitir uma seção menor quando a resistência determina o dimensionamento. A viabilidade dessa redução depende da deflexão, da flambagem, das ligações, da disponibilidade e do custo total do projeto.
Para os avaliadores técnicos, a pergunta útil, portanto, não é simplesmente “Qual aço é mais resistente?”, mas sim “É possível aproveitar a resistência adicional para obter um elemento mais leve e econômico sem comprometer o restante do projeto?”
Estes são valores de comparação comumente utilizados, não um substituto da edição ASTM aplicável nem do relatório de ensaio do material. Os requisitos ASTM variam conforme a forma do produto, as dimensões e outras condições especificadas. Confirme as propriedades exigidas para a chapa, perfil, barra ou componente específico antes de concluir o projeto ou o pedido de compra.
O limite de escoamento é o nível de tensão associado ao início da deformação permanente, conforme a definição do ensaio aplicável. Considerando os valores mínimos comumente comparados, o A572 Grau 50 tem cerca de 39% mais resistência ao escoamento do que o A36: 50 ksi em comparação com 36 ksi. Essa diferença pode ser útil em elementos cujo dimensionamento é determinado pelo escoamento, incluindo alguns elementos tracionados e elementos submetidos à flexão.
Isso não significa que todo elemento de A572 suporte 39% mais carga. A resistência de cálculo também depende da forma do elemento, das propriedades da seção, da estabilidade, dos detalhes das ligações e das disposições da norma de projeto aplicável. Em um elemento comprimido, por exemplo, a flambagem pode ser determinante antes que se possa aproveitar todo o limite de escoamento. Em uma ligação, o grupo de parafusos, a solda ou o material conectado pode se tornar o elemento limitante.
A resistência à tração merece consideração separada. O A572 Grau 50 geralmente tem uma resistência à tração mínima especificada superior à do A36, mas os limites de escoamento e de resistência à tração cumprem funções diferentes nas verificações estruturais. Um elemento tracionado pode precisar atender tanto ao escoamento da seção bruta quanto à ruptura da seção líquida. Escolher um grau com maior limite de escoamento não elimina a necessidade de analisar os furos, a geometria da ligação e o estado limite de ruptura aplicável.
Com as mesmas dimensões e comprimento, uma viga de A36 e uma viga de A572 Grau 50 têm praticamente a mesma massa. A possível vantagem só aparece se o projeto permitir uma seção transversal menor, uma chapa mais fina ou outra geometria com menos aço.
Considere uma comparação simplificada entre elementos tracionados. Se apenas o escoamento da seção bruta for determinante, a área bruta necessária é inversamente proporcional ao limite de escoamento especificado. Para a mesma carga de projeto e o mesmo fator de resistência, a relação teórica entre áreas é:
Área necessária de A572 / área necessária de A36 = 36 / 50 = 0.72
Isso sugere uma redução teórica de cerca de 28% na área bruta e, portanto, aproximadamente 28% no peso do elemento para o mesmo comprimento. Trata-se de uma comparação ilustrativa de alto nível, não de uma garantia de redução de peso para o projeto. A ruptura da seção líquida, a espessura mínima, o espaçamento entre parafusos, a esbeltez, a sobre-espessura para corrosão e os tamanhos de seção disponíveis podem exigir um elemento maior. A própria ligação também pode ficar mais pesada ou complexa.
Para uma viga, o cálculo geralmente é menos direto. Uma seção menor pode ter resistência nominal à flexão suficiente com aço Grau 50, mas rigidez ou estabilidade lateral insuficientes. Compare sempre as propriedades reais da seção e conclua as verificações pertinentes dos estados limites, em vez de aplicar o valor de 28% à estrutura inteira.
O módulo de elasticidade dos dois graus é aproximadamente o mesmo. Portanto, para elementos com geometria idêntica sob a mesma carga de serviço, a deflexão elástica também é aproximadamente igual. Alterar apenas a especificação do material não tornará uma viga perceptivelmente mais rígida.
Se a deflexão do piso, o alinhamento de equipamentos, a vibração ou a aparência forem determinantes, reduzir a seção pode prejudicar o desempenho em serviço, mesmo que a verificação de resistência seja aprovada. Uma viga de piso de grande vão é um exemplo comum em que o projetista deve avaliar a rigidez antes de presumir que o Grau 50 proporcionará economia de peso. A contraflecha e alterações no arranjo estrutural podem ajudar em alguns projetos, mas exigem análise de engenharia própria.
Elementos comprimidos e vigas sem contenção lateral adequada podem ser condicionados pela instabilidade. A resistência disponível depende de fatores como o comprimento destravado, as condições de apoio, a forma da seção e a esbeltez local das chapas. O maior limite de escoamento pode aumentar a resistência em alguns regimes de flambagem, mas o benefício nem sempre é proporcional ao aumento do limite de escoamento.
A redução da seção também pode alterar o raio de giração ou as proporções da mesa e da alma. O resultado pode ser um elemento que parece vantajoso com base no limite de escoamento, mas é menos eficiente após a verificação de flambagem. Compare os projetos completos conforme a norma aplicável, incluindo a flambagem lateral com torção e a flambagem local, quando pertinentes.
Um elemento mais leve ainda precisa fornecer material suficiente para parafusos, soldas, pressão de contato, ruptura em bloco e transferência de carga. Um elemento de ligação fino pode não comportar o arranjo de parafusos exigido, enquanto uma mesa ou alma reduzida pode dificultar a soldagem e a montagem. Em alguns conjuntos, manter um elemento um pouco mais pesado simplifica a ligação o suficiente para reduzir o esforço total de fabricação.
Ambos os graus são amplamente utilizados em estruturas soldadas, mas a soldabilidade não é determinada apenas pelo nome do grau. Avalie a composição química real, a espessura, o grau de restrição, as condições de serviço e a norma de soldagem aplicável. Os procedimentos de soldagem, a seleção dos consumíveis e quaisquer requisitos de pré-aquecimento devem ser definidos para a junta específica, em vez de presumidos como idênticos.
O A572 Grau 50 pode ter um preço unitário diferente do A36, conforme a seção, a quantidade, o mercado e a cadeia de fornecimento. Mesmo quando seu preço por tonelada é maior, uma redução bem-sucedida na tonelagem pode compensar parte ou toda essa diferença. Por outro lado, uma pequena economia de peso pode desaparecer se for difícil encontrar a seção desejada ou se ela exigir mais fabricação.
Uma comparação útil deve incluir:
Em elementos repetidos de uma estrutura de grande porte, mesmo uma redução modesta por peça pode ser relevante. Para um suporte único ou uma viga curta, os custos de reprojeto e aquisição podem superar a economia. A comparação correta é entre as soluções instaladas, não apenas entre os graus de aço.
Vigas e vigas principais: Avalie o Grau 50 quando a resistência à flexão for determinante e houver seções menores adequadas disponíveis. Mantenha ou compare o A36 quando a deflexão, a vibração ou os requisitos de contraventamento determinarem o tamanho da seção.
Colunas e contraventamentos: Verifique a resistência axial em conjunto com o comprimento efetivo, a esbeltez local e o projeto das ligações. O maior limite de escoamento pode ser vantajoso, mas elementos longos e esbeltos podem ser predominantemente condicionados pela estabilidade.
Cantoneiras, canais e componentes compostos: Analise o caminho efetivo das cargas e a excentricidade das ligações. Uma cantoneira menor ou uma chapa mais fina pode reduzir o peso do elemento, mas criar uma ligação ou um detalhe de fabricação mais exigente.
Chapas e peças personalizadas: Confirme os requisitos mecânicos especificados para a espessura encomendada. As dimensões da chapa, as tolerâncias de corte, a disposição dos furos e a espessura mínima prática podem ser tão importantes quanto o grau nominal.
Em projetos que combinam estruturas metálicas com equipamentos de içamento ou cabos, avalie cada material de acordo com sua função. O cabo de aço não substitui os elementos estruturais de A36 ou A572, e sua classificação de resistência à tração não deve ser comparada diretamente com o limite de escoamento do aço estrutural. Para uma necessidade específica de cabo, o cabo de aço galvanizado de 1470Mpa a 1960Mpa é oferecido em diâmetros de 1.0 mm a 22 mm e em várias construções. Ainda é necessário verificar a construção, o revestimento, a força de ruptura e a norma aplicável à utilização.
Uma consulta tecnicamente útil identifica mais do que o grau. Informe a forma do produto, a designação da seção ou as dimensões da chapa, os comprimentos, a quantidade, a norma e a edição aplicáveis, as tolerâncias e o destino. Inclua quaisquer requisitos específicos do projeto relativos a ensaios, rastreabilidade, condição superficial, fabricação e revestimento.
Se estiver considerando uma substituição, compartilhe os critérios de projeto aplicáveis e informe se o fornecedor está cotando o tamanho original ou uma seção alternativa. A alteração do grau não autoriza uma alteração dimensional: o engenheiro estrutural deve analisar o elemento proposto e suas ligações à luz de todos os requisitos aplicáveis de resistência e desempenho em serviço.
A Hongteng Fengda fornece produtos estruturais, incluindo cantoneiras, canais, vigas, perfis conformados a frio e componentes personalizados. Para avaliar especificações alternativas, o próximo passo prático é confirmar os tamanhos disponíveis e a documentação de cada opção e, em seguida, comparar os projetos resultantes com base nas mesmas cargas e na mesma norma. A disponibilidade e a conformidade devem ser verificadas para o pedido específico.
Escolha o A36 quando ele atender aos requisitos de projeto e as seções disponíveis, os detalhes de fabricação ou o custo entregue o tornarem a opção mais prática. Considere o A572 Grau 50 com mais atenção quando o escoamento for determinante e a maior resistência puder ser convertida em um elemento realmente menor e prontamente disponível.
A escolha mais bem fundamentada resulta da verificação de todo o caminho das cargas. Se a rigidez, a flambagem ou a geometria das ligações determinarem o tamanho da seção, o grau mais resistente pode proporcionar pouco benefício em termos de peso. Se a resistência for determinante para um grande número de elementos, o Grau 50 pode reduzir significativamente a quantidade de aço. Compare os dois projetos — não apenas os valores nas especificações dos materiais.