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Módulo de elasticidade do aço: 200 ou 210 GPa, tabela por tipo, unidades e temperatura

O módulo de elasticidade do aço fica entre 190 e 210 GPa: a NBR 8800 adota 200 GPa para aço estrutural e a NBR 6118 adota 210 GPa para armadura. Veja os valores do A36, 1020, 1045, 4140, CA-50 e inox 304, a conversão para MPa, kgf/cm² e kN/cm², o efeito da temperatura, G e Poisson, como medir e exercícios resolvidos.

Propriedades MecânicasPor Mardoqueu M. Costa25 min de leitura

O módulo de elasticidade do aço carbono fica entre 190 e 210 GPa. No Brasil, a ABNT NBR 8800 adota 200 GPa (200.000 MPa) para o aço estrutural, e a ABNT NBR 6118 adota 210 GPa para a armadura passiva do concreto. O inoxidável austenítico, como o 304, fica perto de 193 GPa.

Em outras unidades, 200 GPa são 200.000 MPa, 200.000 N/mm² e 20.000 kN/cm². O número vem da relação E = σ / ε, a tensão dividida pela deformação no trecho elástico, e mede a rigidez do aço, não a sua resistência. O conceito geral, com a comparação entre materiais e a relação entre os módulos, está no artigo sobre o módulo de elasticidade ou módulo de Young. Este artigo trata só do aço: os valores de norma, a tabela por tipo, a conversão de unidades, o que muda e o que não muda o módulo, a temperatura, o ensaio e exercícios resolvidos.

O que o módulo de elasticidade mede no aço

Sob carga pequena, uma barra de aço alonga um pouco e volta ao comprimento original quando a carga sai. Essa é a deformação elástica: os átomos se afastam das posições de equilíbrio sem trocar de vizinho, e as ligações entre eles funcionam como molas. Nesse regime, a tensão σ = F / A0 (força dividida pela área inicial, em MPa) cresce na mesma proporção que a deformação ε = ΔL / L0 (alongamento dividido pelo comprimento inicial). É a lei de Hooke, σ = E·ε, e a constante E é o módulo de elasticidade.

Na foto, perfis I e chapas de aço estrutural: qualquer que seja a classe de resistência desses aços, o módulo usado no projeto é o mesmo, 200 GPa pela NBR 8800.

Perfis I e chapas de aço estrutural sobre uma bancada numa oficina de estruturas metálicas
Perfis e chapas de aço estrutural: o módulo de elasticidade é praticamente o mesmo em todas as classes

No diagrama tensão-deformação, E é a inclinação do trecho reto inicial. No aço esse trecho termina com deformação da ordem de 0,1 % a 0,2 %, no limite de proporcionalidade, logo abaixo do limite elástico; acima dele o aço escoa, isto é, passa a acumular deformação permanente. O módulo, portanto, só vale abaixo do escoamento e sem fluência, que é a condição da ASTM E111.

Módulo alto quer dizer que o aço deforma pouco sob uma dada tensão: é rigidez. Resistência é outra pergunta, a de em que tensão o aço escoa ou rompe, e a maior parte dos enganos com o módulo do aço nasce de tratar as duas como se andassem juntas. No projeto, o módulo governa flechas, deslocamentos e flambagem, e boa parte dos estados-limite de serviço é de deformação: uma viga pode estar longe de romper e ser inaceitável porque deforma demais.

Qual é o módulo de elasticidade do aço: 200 ou 210 GPa?

Os dois valores estão certos, porque vêm de normas de projeto diferentes. Nenhuma delas afirma que o aço de uma obra tem exatamente esse módulo; elas fixam um valor único para que todos calculem flechas e deformações da mesma forma.

  • ABNT NBR 8800:2008, item 4.5.2.9 (estruturas de aço e mistas): E = 200.000 MPa, com módulo transversal G = 77.000 MPa, coeficiente de Poisson ν = 0,3, dilatação térmica de 1,2 × 10−5 °C−1 e massa específica de 7.850 kg/m³. A ABNT NBR 14762:2010, de perfis formados a frio, adota os mesmos valores.
  • ABNT NBR 6118:2023, item 8.3.5 (armadura passiva do concreto): "na falta de ensaios ou valores fornecidos pelo fabricante, o módulo de elasticidade do aço pode ser admitido igual a 210 GPa", valor usado para CA-25, CA-50 e CA-60.
  • EN 1993-1-2 (Eurocode 3): Ea = 210.000 MPa a 20 °C, referência dos fatores de redução por temperatura vistos adiante.

A regra prática é usar o valor da norma do projeto: 200 GPa em estrutura metálica pela NBR 8800 e 210 GPa em concreto armado pela NBR 6118. Trocar um pelo outro muda a flecha calculada em 5 %, o que raramente decide um projeto, mas cria divergência entre memoriais. Fora das normas, as bases de dados dão de 190 a 210 GPa para aços carbono e baixa liga, e o Callister usa 207 GPa como valor típico. A tabela resume os valores normativos:

NormaAplicaçãoE adotado
ABNT NBR 8800:2008estruturas de aço e mistas200 GPa
ABNT NBR 14762:2010perfis formados a frio200 GPa
ABNT NBR 6118:2023armadura passiva de concreto210 GPa
EN 1993-1-2:2005aço estrutural, referência a 20 °C210 GPa

Módulo de elasticidade do aço em MPa, N/mm², kgf/cm², kN/cm² e kN/m²

O módulo tem unidade de tensão, porque a deformação é adimensional. Para o aço, o múltiplo cômodo do pascal é o gigapascal: 1 GPa = 1.000 MPa, e como 1 MPa = 1 N/mm², o valor em N/mm² é o mesmo que em MPa. Com 1 kN/cm² = 10 MPa, 1 kN/m² = 0,001 MPa e 1 kgf = 9,80665 N, resulta que 1 GPa vale 100 kN/cm², 106 kN/m², cerca de 10.197 kgf/cm² e cerca de 145,04 ksi.

O erro mais frequente está no kN/cm². Circula, inclusive em respostas automáticas de buscadores, que o aço tem "cerca de 210.000 kN/cm²". Está errado por um fator de 10: 210.000 kN/cm² seriam 2.100 GPa. O correto é 20.000 kN/cm² para 200 GPa e 21.000 kN/cm² para 210 GPa; o 210.000 é o valor em MPa com a unidade trocada. A tabela traz os três valores usuais:

Unidade200 GPa205 GPa210 GPa
MPa e N/mm²200.000205.000210.000
kN/cm²20.00020.50021.000
kN/m² (kPa)2,0 × 1082,05 × 1082,1 × 108
kgf/cm²≈ 2.039.400≈ 2.090.400≈ 2.141.400
kgf/mm²≈ 20.394≈ 20.904≈ 21.414
psi≈ 29,0 × 106≈ 29,7 × 106≈ 30,5 × 106
ksi≈ 29.008≈ 29.733≈ 30.458

Em kgf/cm², comum em memoriais antigos, o aço fica em cerca de 2,04 × 106 (200 GPa) ou 2,14 × 106 (210 GPa). Nas fichas americanas, os 29.000 ksi do A36 são os mesmos 200 GPa.

Módulo de elasticidade por tipo de aço

Os valores por tipo de aço mostram duas coisas: o módulo varia pouco de um aço carbono para outro, e o escoamento varia muito. A tabela abaixo reúne os aços mais buscados, com o escoamento típico ao lado para deixar o contraste visível e a fonte de cada linha. São valores típicos de bases de dados; para projeto vale a norma, e para aceitar material vale o ensaio do lote.

Aço e condiçãoE (GPa)Escoamento típico (MPa)Fonte
ASTM A36200250MatWeb/ASM
SAE 1020≈ 205 (186 a 207 entre bases)350Kloeckner; Sonelastic/ASM; MatWeb
SAE 1045 trefilado206515MatWeb
SAE 1045 temperado e revenido (595 HB)2061.259MatWeb
SAE 4140 temperado e revenido a 205 °C205≈ 1.600 a 1.700, conforme a fonteMatWeb
SAE 4340207n/dSonelastic/ASM
Vergalhão CA-50 (valor de projeto)210500 (fyk)ABNT NBR 6118; ABNT NBR 7480
Inox 304193 (193 a 200)215AK Steel; MatWeb/ASM
Inox 316/316L193n/dSonelastic/ASM
Ferro fundido nodular 60-40-18169n/dSonelastic/ASM
Ferro fundido cinzento (G1800 a G4000)66 a 138n/dSonelastic/ASM

Os ferros fundidos não são aços, mas entram na tabela porque são confundidos com eles; o motivo do módulo menor aparece na seção sobre o que altera o módulo.

Módulo de elasticidade do aço A36

O ASTM A36, aço estrutural de chapas e perfis, tem E = 200 GPa (29.000 ksi) na ficha MatWeb/ASM, com G = 79,3 GPa e ν = 0,26; outras compilações do ASM dão 207 GPa. O escoamento mínimo da norma de produto é de 250 MPa.

Módulo de elasticidade do aço 1020 e do 1045

O SAE 1020 fica em torno de 205 GPa (Kloeckner), com 207 GPa na tabela da Sonelastic baseada no ASM. O MatWeb lista 186 GPa em algumas fichas do 1020 laminado a frio e normalizado; a diferença reflete a fonte e o método do dado, não um 1020 "mais flexível", e é mais um motivo para usar o valor normativo. O SAE 1045 tem 206 GPa tanto trefilado, com escoamento de 515 MPa, quanto temperado e revenido a 595 HB, com 1.259 MPa: o tratamento multiplicou o escoamento por 2,4 e não mexeu no módulo.

Módulo de elasticidade do aço CA-50

Para o vergalhão CA-50, o valor de projeto é Es = 210 GPa, da NBR 6118, na falta de ensaio ou de valor do fabricante. A ABNT NBR 7480:2024 fixa o escoamento característico fyk de 500 MPa. No cálculo, a tensão de escoamento de cálculo é fyd = 500 / 1,15 = 435 MPa, e a deformação em que a armadura começa a escoar é εyd = fyd / Es = 435 / 210.000 = 2,07 ‰. É aí que o módulo do aço entra no dimensionamento: ele marca a passagem do trecho reto ao patamar do diagrama bilinear de cálculo, detalhado no artigo sobre o diagrama tensão-deformação.

Módulo de elasticidade do aço inox 304 e 316

O inox 304 tem cerca de 193 GPa pela AK Steel e pelo ASM, numa faixa de 193 a 200 GPa conforme a fonte; o 316 também fica em cerca de 193 GPa. São 3 % a 4 % a menos que o aço carbono: pouco para a maioria dos cálculos, mas o bastante para aparecer ao comparar flechas de mesma seção ou ao conferir um ensaio de módulo em inox.

Por que o módulo quase não muda entre aços

A tabela anterior tem aços com escoamento de 250 MPa a cerca de 1.700 MPa e módulo entre 200 e 207 GPa. A explicação está no que cada propriedade mede. O módulo depende da força das ligações entre os átomos de ferro e do arranjo cristalino em que eles estão. A resistência é governada pelo movimento das discordâncias, defeitos lineares da rede cujo deslizamento produz a deformação plástica. Tratamento térmico, pequenas adições de liga e encruamento controlam as discordâncias e, com elas, o escoamento, mas não mudam a rede de ferro nem a força das suas ligações.

O exemplo mais claro é o A36 contra o 4140 temperado em óleo e revenido a 205 °C. O A36 escoa em 250 MPa e tem E = 200 GPa; o 4140 nessa condição escoa em cerca de 1.600 a 1.700 MPa, conforme a fonte, e tem E = 205 GPa. O escoamento é quase 7 vezes maior e o módulo é praticamente o mesmo. O gráfico abaixo desenha as duas curvas no mesmo eixo: até 250 MPa elas se sobrepõem, porque sobem pela mesma reta; o A36 para ali, no patamar de escoamento, e o 4140 segue na mesma inclinação até perto de 1.450 MPa, só então se curvando até o escoamento convencional, o Rp0,2, que é a tensão que deixa 0,2 % de deformação permanente (veja limite de escoamento).

Curvas tensão-deformação do aço ASTM A36, com escoamento em 250 MPa, e do AISI 4140 temperado e revenido a 205 °C, com escoamento na faixa de 1.600 a 1.700 MPa: as duas começam pela mesma reta, com inclinação de 200 a 205 GPa
A36 e 4140 temperado e revenido: escoamentos muito diferentes e a mesma inclinação inicial, de 200 a 205 GPa

O mesmo vale para os fatores que costumam ser apontados como causa de mudança no módulo. Entre um aço de baixo e um de alto carbono a diferença é de poucos por cento. Recozimento, têmpera e revenimento mudam a microestrutura sem efeito relevante no módulo, como mostram o 1045 e o 4140 da tabela. E ferrita, perlita, bainita e martensita têm módulos muito próximos; a martensita, ao contrário da intuição, tende a ficar ligeiramente abaixo da ferrita.

A consequência de projeto é direta: não se aumenta a rigidez de uma peça de aço trocando o aço. Um grau mais resistente eleva a carga antes do escoamento, mas não reduz a flecha sob a carga de serviço. Quem controla a rigidez é a geometria: momento de inércia da seção, vão e apoios. Se um perfil deforma demais, aumentar a altura da seção resolve; trocar o aço, não. É também essa insensibilidade que permite às normas adotar um único módulo para toda a família dos aços estruturais, enquanto exigem o escoamento grau a grau.

O que de fato altera o módulo do aço

O módulo do aço muda de forma apreciável em poucas situações: quando muda a rede cristalina, quando os grãos se orientam, quando surge uma segunda fase muito diferente ou quando a temperatura sobe. A temperatura, o caso mais importante na prática, tem seção própria logo depois desta.

Estrutura cristalina: por que o inox austenítico tem módulo menor

Os aços carbono e baixa liga têm, à temperatura ambiente, estrutura cúbica de corpo centrado (ferrita). Os inoxidáveis austeníticos, como o 304 e o 316, têm estrutura cúbica de face centrada, estabilizada pelo cromo e pelo níquel. É essa mudança de arranjo, e não os elementos de liga em si, que explica o módulo de 193 a 200 GPa: a composição importa quando muda a fase.

Grafita no ferro fundido

No ferro fundido cinzento, o carbono em excesso forma lamelas de grafita, fase de rigidez muito baixa que funciona como pequenos vazios na matriz. O resultado é um módulo de 66 a 138 GPa, conforme a classe, e uma curva sem trecho reto bem definido. No ferro nodular a grafita é esférica, perturba menos a matriz e o módulo sobe para cerca de 169 GPa. Nenhum dos dois se calcula com o módulo do aço.

Textura cristalográfica

Num monocristal de ferro, o módulo depende da direção: cerca de 130 GPa numa direção da rede e cerca de 280 GPa em outra. Num aço comum os grãos estão orientados ao acaso e as diferenças se cancelam na média. A laminação a frio, porém, alinha os grãos e cria textura, e a chapa pode ter rigidez mensuravelmente diferente na direção de laminação e na transversal; por isso convém registrar no relatório de ensaio a direção de retirada do corpo de prova.

Dano acumulado

Microtrincas de fadiga, vazios de fluência ou porosidade reduzem a rigidez aparente da peça, porque diminuem a área que resiste à carga. O módulo do material não mudou; mudou a seção que ainda trabalha. Uma queda de rigidez ao longo dos ciclos é, por isso, indício de dano, e é assim que se acompanha a evolução de uma falha no ensaio de fadiga.

Efeito da temperatura no módulo de elasticidade do aço

Com o aquecimento, a agitação térmica afasta os átomos e afrouxa as ligações, e o aço fica menos rígido. O dado mais usado em engenharia vem da EN 1993-1-2, a parte do Eurocode 3 para projeto em incêndio: a Tabela 3.1 dá o fator de redução kE,θ = Ea,θ / Ea, que multiplica o módulo a 20 °C para obter o módulo na temperatura θ, com interpolação linear entre os pontos.

Pelos fatores da norma, o módulo se mantém até 100 °C, cai para 90 % a 200 °C, 70 % a 400 °C e 60 % a 500 °C, e despenca para 31 % a 600 °C e 13 % a 700 °C. O gráfico abaixo mostra esses fatores aplicados aos 210 GPa de referência do Eurocode: a queda é quase linear até 500 °C e se acelera entre 500 °C e 700 °C, a faixa em que uma estrutura metálica em incêndio perde a maior parte da rigidez.

Gráfico do módulo de elasticidade do aço carbono contra a temperatura pela EN 1993-1-2: 210 GPa até 100 °C, 189 GPa a 200 °C, 147 GPa a 400 °C, 126 GPa a 500 °C, 65,1 GPa a 600 °C, 27,3 GPa a 700 °C e zero a 1.200 °C
Módulo de elasticidade do aço carbono em função da temperatura, pelos fatores k_E,θ da EN 1993-1-2 aplicados a 210 GPa

A mesma tabela separa rigidez e resistência também no calor: o fator do escoamento, ky,θ, continua igual a 1 até 400 °C, quando o módulo já perdeu 30 %. A 400 °C a estrutura suporta a mesma carga antes de escoar, mas deforma bem mais, e em peças esbeltas isso antecipa a flambagem, cuja carga crítica é proporcional a E. São valores de projeto adotados por norma, não medições de um aço específico. A tabela converte os fatores em GPa para as duas referências usadas no Brasil:

θ (°C)kE,θE com 210 GPaE com 200 GPa
20 a 1001,000210200
2000,900189180
3000,800168160
4000,700147140
5000,600126120
6000,31065,162
7000,13027,326
8000,09018,918
9000,067514,213,5
1.0000,04509,59
1.200000

Módulo transversal G e coeficiente de Poisson do aço

Em torção e cisalhamento, a rigidez é dada pelo módulo de elasticidade transversal G, a razão entre a tensão de cisalhamento e a distorção. Ele entra no cálculo de eixos, molas helicoidais e ligações parafusadas e se mede no ensaio de torção. Já o coeficiente de Poisson, ν = −εtransversal / εlongitudinal, mede quanto a barra afina enquanto alonga.

Num material isotrópico, os três se ligam por G = E / [2(1 + ν)]. Com os valores da NBR 8800, E = 200 GPa e ν = 0,3, resulta G = 200 / 2,6 = 76,9 GPa, arredondado para os 77 GPa que a norma adota. As fichas de aços específicos dão ν de 0,26 a 0,30 e G de 79 a 80 GPa, como o A36 com 79,3 GPa e o 1045 com 80 GPa; para o inox 304, a AK Steel informa 78 GPa em torção.

Como medir o módulo de elasticidade do aço

O método de referência é o ensaio de tração em máquina universal, com extensômetro fixado no corpo de prova, pela ASTM E111, pela ASTM E8/E8M e pela ABNT NBR ISO 6892-1. O corpo de prova, com a seção A0 medida, é montado nas garras com alinhamento axial, para não receber flexão junto com a tração. O extensômetro é preso no trecho útil com base L0 conhecida, e a máquina carrega com velocidade controlada, sem passar do limite de proporcionalidade se o objetivo for só o módulo. A célula de carga lê a força, o extensômetro lê o alongamento, e o software converte as duas leituras em tensão e deformação.

E sai da inclinação do trecho reto, por regressão linear dos pontos ou pelo módulo de corda entre dois níveis de tensão do trecho linear: E = (σ2 − σ1) / (ε2 − ε1). A ASTM E111 trata do módulo de Young, do tangente e do de corda, e deixa fora do escopo o tangente inicial e o secante, pela dificuldade de localizar a origem da curva. O exercício 4 faz um cálculo de corda completo.

Por que a travessa não serve para medir o módulo

O deslocamento da travessa soma a deformação do corpo de prova com a das garras, das cunhas, da célula de carga e da estrutura da máquina. Como a deformação elástica do aço é pequena, essas parcelas pesam muito: a deformação aparente sai várias vezes maior que a real, e o módulo, várias vezes menor. No exercício 4, a deformação tirada da travessa daria cerca de 24 GPa em vez de 203,7 GPa. Quando um ensaio de aço devolve módulo muito afastado de 200 GPa, a causa quase nunca é o aço: é a medição, tipicamente a falta de extensômetro.

Métodos dinâmicos como alternativa

O módulo também pode ser obtido pela frequência de ressonância, sem carregar a peça. A ASTM E1876 determina o módulo de Young, o módulo transversal e o Poisson dinâmicos por excitação por impulso em barras e cilindros, de forma não destrutiva. Um estudo brasileiro publicado na revista Matéria (Mezzomo e Moraes, 2020) comparou os dois métodos, e a tabela mostra os resultados:

MaterialExcitação por impulso, ASTM E1876 (GPa)Tração (GPa)
Aço Domex 700214,1207,2
Aço SAE 1522199,76203,12
Alumínio 1200H1476,171,33

Tomando a tração como referência, a diferença foi de 1,7 % no SAE 1522 e de 3,3 % no Domex 700, em sentidos opostos. Os métodos concordam na ordem de grandeza, mas o módulo estático, medido com extensômetro, continua sendo a referência para projeto e certificação.

Exercícios resolvidos

Os quatro exercícios aplicam o módulo nas situações mais comuns: alongamento de uma barra, flecha de uma viga, conversão de unidades e aceitação de um ensaio de módulo.

Exercício 1: alongamento de um tirante de aço A36

Tirante de 3 m de comprimento e 20 mm de diâmetro, com força de tração de 50 kN. Adote E = 200 GPa.

  1. Área: A = π × 10² = 314,16 mm².
  2. Tensão: σ = 50.000 / 314,16 = 159,2 MPa, abaixo dos 250 MPa de escoamento do A36. A barra está no regime elástico, e a lei de Hooke vale.
  3. Alongamento: δ = F·L / (A·E) = 50.000 × 3.000 / (314,16 × 200.000) = 2,39 mm.
  4. Deformação: ε = 2,39 / 3.000 = 7,96 × 10−4, ou 796 µε.

Exercício 2: flecha de uma viga de aço e de alumínio

Barra biapoiada de 1 m de vão, seção retangular de 40 mm de largura por 20 mm de altura, com carga concentrada de 2 kN no meio do vão. Compare aço (E = 200 GPa) e alumínio 6061-T6 (E = 69 GPa).

  1. Momento de inércia: I = 40 × 20³ / 12 = 26.667 mm⁴.
  2. Tensão máxima: M = P·L / 4 = 500.000 N·mm; W = 40 × 20² / 6 = 2.667 mm³; σ = 187,5 MPa, dentro do regime elástico dos dois materiais.
  3. Flecha do aço: δ = P·L³ / (48·E·I) = 2.000 × 1.000³ / (48 × 200.000 × 26.667) = 7,81 mm.
  4. Flecha do alumínio: δ = 2 × 1012 / (48 × 69.000 × 26.667) = 22,6 mm.

Com a mesma geometria e a mesma carga, a tensão é a mesma nos dois e o alumínio flete 200 / 69 = 2,9 vezes mais: só a rigidez mudou. Trocar o aço por outro mais resistente não mudaria a flecha.

Exercício 3: conversão de 205 GPa e conferência do erro do kN/cm²

Converta 205 GPa para as unidades usuais e confira a afirmação "200 GPa ≈ 210.000 kN/cm²".

  1. MPa e N/mm²: 205 × 1.000 = 205.000.
  2. kN/cm²: 205 × 100 = 20.500.
  3. kN/m²: 205 × 106 = 2,05 × 108.
  4. kgf/cm²: 205 × 10.197 ≈ 2.090.400.
  5. ksi: 205 × 145,04 ≈ 29.733.
  6. Conferência: 1 kN/cm² = 10 MPa, então 210.000 kN/cm² = 2.100.000 MPa = 2.100 GPa, dez vezes o valor real. O certo é 20.000 kN/cm² para 200 GPa.

Exercício 4: aceitação de um ensaio de módulo com extensômetro

Corpo de prova de SAE 1045 com d0 = 10,00 mm e extensômetro de base L0 = 50 mm. Dois pontos no trecho linear (valores ilustrativos): F1 = 4,0 kN com ΔL1 = 0,0126 mm, e F2 = 12,0 kN com ΔL2 = 0,0376 mm.

  1. Área: A0 = π × 10,00² / 4 = 78,54 mm².
  2. Tensões: σ1 = 4.000 / 78,54 = 50,93 MPa; σ2 = 12.000 / 78,54 = 152,79 MPa.
  3. Deformações: ε1 = 0,0126 / 50 = 2,52 × 10−4; ε2 = 0,0376 / 50 = 7,52 × 10−4.
  4. Módulo de corda: E = (152,79 − 50,93) / (5,00 × 10−4) = 101,86 / 0,000500 = 203,7 GPa.

O resultado fica cerca de 1 % abaixo dos 206 GPa da ficha do 1045: é aceitável. Se a deformação entre os mesmos pontos viesse da travessa, digamos 0,25 mm sobre 60 mm de comprimento paralelo, daria ε = 4,17 × 10−3 e E aparente = 101,86 / 0,00417 ≈ 24 GPa, cerca de 8 vezes abaixo, com o mesmo material.

Normas sobre o módulo de elasticidade do aço

As normas citadas neste artigo se dividem em dois grupos: as de projeto, que fixam o valor a adotar no cálculo, e as de ensaio, que dizem como medir o módulo de um aço real. A tabela reúne as duas, com a edição vigente quando conhecida:

NormaO que trataEdição
ABNT NBR 8800projeto de estruturas de aço e mistas (E = 200.000 MPa, G = 77.000 MPa, ν = 0,3)2008
ABNT NBR 14762perfis formados a frio (E = 200.000 MPa)2010
ABNT NBR 6118projeto de estruturas de concreto (Es = 210 GPa)2023
ABNT NBR 7480aço para armaduras (CA-25, CA-50, CA-60)2024
EN 1993-1-2 (Eurocode 3)projeto em incêndio, fatores kE,θ2005
ASTM E111módulo de Young, módulo tangente e módulo de cordaE111-17(2025)e1
ASTM E8/E8Mtração de metaisE8/E8M-25
ABNT NBR ISO 6892-1tração de metais em temperatura ambiente2024
ISO 6892-1tração de metais em temperatura ambiente2019
ASTM E1876módulos dinâmicos por excitação por impulsovigente
ASTM A36aço estrutural carbono (escoamento mínimo de 250 MPa)vigente

Máquina para medir o módulo de elasticidade do aço

Medir o módulo do aço exige aplicar a força com velocidade controlada e alinhamento axial, medir a força com célula de carga adequada à faixa do ensaio e, sobretudo, medir a deformação com extensômetro no corpo de prova, sem o qual o módulo sai errado. A máquina universal Biopdi da linha M2 é eletromecânica e atende às três exigências, com extensômetros e o software BioLab, que traça a curva tensão-deformação e calcula o módulo pela inclinação do trecho linear. O painel abaixo mostra a máquina, o papel de cada parte na medição do módulo e as garras usadas.

A máquina universal no ensaio de tração

A linha M2 tem modelos de coluna simples, de 200 N a 10 kN, e de coluna dupla, de 5 kN a 1.000 kN. Cada parte da máquina tem uma função na medição do módulo de elasticidade:

Máquinas universais de ensaios M2 da Biopdi de coluna simples (MBIOI-10-M2, 10 kN) e coluna dupla (MBIOII-50-M2, 50 kN)
  1. Travessa móvel traciona o corpo de prova na velocidade da norma
  2. Célula de carga mede a força F, classe 1
  3. Garras de cunha, pneumáticas, para roscados ou fios, com carga axial
  4. Extensômetro mede ΔL na base L0: indispensável para o módulo E
  5. Software BioLab calcula σ e ε e tira E por regressão ou pelo módulo de corda
  6. Painel e emergência posiciona e para o ensaio

Dispositivos para o ensaio de tração

Os dispositivos abaixo são montados na mesma máquina, conforme o corpo de prova e a norma:

Garra cunha Biopdi para ensaio de traçãoGarra cunha5, 20 e 200 kN
Garra cunha pneumática BiopdiGarra cunha pneumática50 e 200 kN
Garra Biopdi para corpos de prova roscados e parafusosGarra para roscadosparafusos e corpos de prova roscados

Para chapas, barras finas e corpos de prova usinados de aço, como o do exercício 4, a máquina universal de coluna dupla de 5 a 50 kN (MBIOII-50-M2) atende. Para vergalhões CA-50, perfis e cabos, o modelo indicado é a máquina universal de 100 a 200 kN (MBIOII-200-M2). O cálculo do módulo, das tensões e do relatório é feito no software BioLab. As demais capacidades estão na página da máquina universal de ensaios, e o orçamento pode ser pedido pelo site.

Outros ensaios e referências técnicas

Módulo de elasticidade do concreto: fórmula da NBR 6118, tabela por classe e ensaio NBR 8522-1

O módulo de elasticidade do concreto mede quanto ele encurta sob carga. Pela NBR 6118:2023, Eci = αE·5600·√fck (C20 a C50) e Ecs = αi·Eci; um C30 com granito tem Eci de cerca de 31 GPa e Ecs de 27 GPa. Veja a fórmula, a tabela de C20 a C90, o efeito do agregado, o ensaio da NBR 8522-1:2021 e exercícios resolvidos.

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Coeficiente de Poisson: o que é, fórmula, valores do aço, concreto e solo e como medir

O coeficiente de Poisson (ν) é a razão, com sinal negativo, entre a deformação transversal e a longitudinal de um material sob carga uniaxial no regime elástico. Veja a fórmula, a relação com E, G e K, a faixa de −1 a 0,5, os valores do aço (0,3 pela NBR 8800), do concreto (0,2 pela NBR 6118), da borracha e dos solos, como medir pela ASTM E132 e exercícios resolvidos.

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Encruamento: o que é, mecanismo, lei de Hollomon (expoente n), recozimento e como medir

Encruamento é o endurecimento de um metal por deformação plástica a frio: sobem o escoamento, a resistência e a dureza, cai a ductilidade e o módulo de elasticidade não muda. Veja o mecanismo das discordâncias, o grau de trabalho a frio (%TF), a lei de Hollomon e o expoente n, a medição pela ISO 10275 e pela ASTM E646, o recozimento e exercícios resolvidos.

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Módulo de elasticidade (módulo de Young): o que é, fórmula, unidade, tabela de materiais e como medir

O módulo de elasticidade, ou módulo de Young (E), é a razão entre tensão e deformação no trecho linear elástico, E = σ/ε, e mede a rigidez do material. Veja a fórmula, a unidade e as conversões, a tabela de E de mais de 20 materiais, a relação com G, K e Poisson, os módulos tangente, secante e de corda e como medir com extensômetro.

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Perguntas frequentes

Qual o módulo de elasticidade do aço?

Entre 190 e 210 GPa. A ABNT NBR 8800 adota 200.000 MPa para o aço estrutural, e a ABNT NBR 6118 adota 210 GPa para a armadura passiva, na falta de ensaio.

Qual o módulo de elasticidade do aço A36?

200 GPa (29.000 ksi), com G = 79,3 GPa e ν = 0,26, pela ficha MatWeb/ASM. Algumas compilações do ASM trazem 207 GPa.

Qual o módulo de elasticidade do aço 1020 e do 1045?

O 1020 fica em cerca de 205 GPa (207 GPa na tabela da Sonelastic baseada no ASM). O 1045 tem cerca de 206 GPa, tanto trefilado quanto temperado e revenido, segundo o MatWeb.

Qual o módulo de elasticidade do aço CA-50?

E = 210 GPa (210.000 MPa), valor do item 8.3.5 da ABNT NBR 6118 na falta de ensaio. O CA-50 tem fyk de 500 MPa (ABNT NBR 7480) e deformação de escoamento de cálculo de cerca de 2,07 ‰.

Quanto é o módulo de elasticidade do aço em kN/cm² e em kgf/cm²?

200 GPa são 20.000 kN/cm² e cerca de 2,04 × 10⁶ kgf/cm²; 210 GPa são 21.000 kN/cm² e cerca de 2,14 × 10⁶ kgf/cm². O valor de 210.000 kN/cm², que circula na internet, está dez vezes acima do correto.

Qual o módulo de elasticidade do aço inox 304?

Cerca de 193 GPa, numa faixa de 193 a 200 GPa conforme a fonte (AK Steel e ASM). O 316 também fica em cerca de 193 GPa.

Qual o módulo transversal G e o coeficiente de Poisson do aço?

A ABNT NBR 8800 adota G = 77 GPa e ν = 0,3, coerentes com a relação G = E / [2(1 + ν)]. As fichas de aços específicos dão G de 79 a 80 GPa e ν de 0,26 a 0,30.

O módulo de elasticidade do aço muda com a temperatura?

Muda. Pela EN 1993-1-2, o módulo cai para 90 % a 200 °C, 70 % a 400 °C e 31 % a 600 °C do valor a 20 °C.

Aço temperado é mais rígido que aço recozido?

Não. A têmpera eleva o escoamento e a dureza, mas o módulo fica praticamente igual: o 4140 temperado e revenido tem cerca de 205 GPa, contra 200 GPa do A36.

Como medir o módulo de elasticidade do aço?

Com ensaio de tração em máquina universal e extensômetro no corpo de prova (ASTM E111, ISO 6892-1), calculando a inclinação do trecho linear. A excitação por impulso (ASTM E1876) é uma alternativa não destrutiva.

Por que o aço é cerca de 3 vezes mais rígido que o alumínio?

Pela força das ligações entre os átomos: cerca de 200 GPa no aço contra cerca de 69 GPa no alumínio. Na mesma viga, com a mesma carga, o alumínio flete cerca de 2,9 vezes mais.

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