I_Teorico

Prévia do material em texto

Estrutura Metálicas 
e de Madeira
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Antonio Carlos da Fonseca Bragança Pinheiro
Revisão Textual:
Prof. Me. Claudio Brites
Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
• Introdução;
• Vantagens e Desvantagens das Estruturas de Aço;
• Vantagens e Desvantagens das Estruturas de Madeira;
• Sistemas Estruturais Possíveis em Aço e Madeira;
• Propriedades Físicas e Mecânicas dos Materiais;
• Normas Vigentes para Dimensionamento;
• Estados Limites.
• Apresentar as vantagens e desvantagens das estruturas de aço e das de madeira, descre-
vendo os sistemas estruturais possíveis nelas;
• Conceituar as propriedades físicas e mecânicas desses materiais, bem como as normas 
vigentes para o dimensionamento em ambas as estruturas, apresentando e conceituan-
do, por fi m, os estados limites utilizados nos cálculos estruturais dessas.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO
Estruturas Metálicas e de
Madeira na Construção Civil 
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas: 
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e 
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Introdução 
O aço estrutural e a madeira estrutural são importantes elementos construtivos e 
excelentes materiais alternativos para construções em geral. As estruturas em aço sur-
giram primeiramente na Inglaterra há, aproximadamente, 200 anos. Essa tecnologia 
construtiva vem se aprimorando constantemente.
No Brasil, o aço passou a ser utilizado a partir do final do século XIX e início do sé-
culo XX, na forma de estruturas pré-fabricadas importadas da Inglaterra para atender 
à crescente demanda da construção civil. Suas aplicações foram em pontes metálicas, 
galpões industriais e comerciais, bem como edifícios comerciais e residenciais.
O aço é produzido em empresas denominadas siderúrgicas. Ele é uma liga 
metálica composta, principalmente, de ferro e pequenas quantidades de carbono 
(entre 0,008 % e 2,11 %). Tem propriedades mecânicas muito importantes para 
sua aplicação como material estrutural. 
As principais matérias-primas para obtenção do aço são o carvão mineral e o 
minério de ferro, que não são encontrados puros na natureza. Assim, esses mate-
riais devem ser previamente preparados, com o objetivo de reduzir o consumo de 
energia e aumentar a eficiência do processo siderúrgico. 
Como resultado final do processo siderúrgico, após uma série de etapas, o aço é 
moldado a quente (aço laminado ou aço extrudado), sendo assim comercializado para 
utilização estrutural na forma de chapas, perfis ou bobinas.
Nas empresas metalúrgicas, o aço estrutural é conformado a frio (perfil dobrado 
ou chapa dobrada) ou composto por soldagem industrial (perfil soldado), ambos 
comercializados.
A produção do aço e a fabricação de estruturas de aço estão apresentadas na 
Figura 1.
INSUMOS
(Minério de Ferro, etc.)
INDÚSTRIA
SIDERÚRGICA
AÇO ESTRUTURAL
(Per�s, Chapas, etc.)
INDÚSTRIA
METALÚRGICA
ESTRUTURA DE AÇO
(Barras, Placas, etc.)
Figura 1 – Produção do aço e fabricação de estruturas de aço
8
9
A madeira é um material utilizado desde a Antiguidade, quer seja de maneira fun-
cional (estruturas de cobertura etc.) ou de maneira decorativa (assentos, quadros etc.). 
Com o passar do tempo, foram sendo aprimoradas as técnicas construtivas, melho-
rando sua resistência estrutural e ao ataque orgânico e às ações atmosféricas.
A madeira é um material heterogêneo, constituído basicamente de fibras.
Existem diversas espécies de madeiras com diferentes propriedades, por isso é ne-
cessário o conhecimento dessas características para seu melhor aproveitamento.
As madeiras com maior resistência mecânica são utilizadas na execução das estrutu-
ras de madeira. O processo de obtenção da madeira para peças estruturais tem início 
com a entrega da matéria-prima em bruto a serrarias na zona de recolha e armazena-
mento da serração. Os troncos são então transportados para uma área de análise e 
seleção automática das espécies de árvore e de corte inicial.
Em função da classificação inicial, os troncos são então separados e empilhados 
para posterior uso. Da zona de separação os troncos são conduzidos para as instala-
ções de serração, onde são retiradas as cascas e as inserções de galhos. Em seguida, 
esses troncos são introduzidos em uma primeira máquina de corte longitudinal que dá 
origem aos elementos de madeira, que são mais uma vez separados e ordenados para 
operações posteriores. Tanto nessa como nas fases restantes, todos os subprodutos, 
como aparas de madeira e cascas, são conduzidos para outras zonas da fábrica, onde 
são sujeitos à reciclagem.
Depois do corte, os elementos de madeira são transportados para os fornos de 
secagem, que permitem acelerar a estabilização das condições de humidade. Após a 
secagem, são conduzidos para uma zona de aplainamento, em que lhes é dado um 
acabamento superficial final.
Depois do corte transversal de acordo com as especificações do cliente, os ele-
mentos finalizados são embalados e levados para a zona de armazenagem e distri-
buição, de onde partem para o seu destino final. Essas operações são chamadas de 
desdobro da madeira.
A produção da madeira e a fabricação de estruturas de madeira estão na Figura 2. 
INSUMOS
(Madeira Bruta)
INDÚSTRIA
MADEREIRA
MADEIRA
ESTRUTURAL
(Per�s, Chapas, etc.)
INDÚSTRIA
SERRARIA
ESTRUTURA DE MADEIRA
(Barras, Placas, etc.)
Figura 2 – Produção da madeira e fabricação de estruturas de madeira
9
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Vantagens e Desvantagens 
das Estruturas de Aço
As estruturas de aço são constituídas por elementos de aço existentes no merca-
do. Esses elementos são trabalhados conforme as necessidades estruturais e de ar-
quitetura. Essa solução tecnológica apresenta vantagens, bem como desvantagens, 
que são importantes de serem adequadamente estudadas.
Vantagens das Estruturas de Aço
A utilização de estruturas de aço pode trazer várias vantagens em determinadas 
condições da construção civil. Os elementos estruturais em aço permitem a cons-
trução de estruturas que podem atender a concepções arrojadas de arquitetura em 
edificações ou em elementos de infraestrutura.
Como vantagens desse sistema de construção é possível citar(Figura 3):
• Redução do Tempo de Execução da Estrutura: A utilização de estruturas 
de aço pode significar a redução de até 40% no tempo de execução que seria 
necessário se fossem utilizados processos convencionais, como a moldagem 
de peças estruturais de concreto armado in loco. Essa redução ocorre devido 
a fatores intervenientes como: a) As peças estruturais em aço são pré-fabri-
cadas previamente em fábricas metalúrgicas; b) A fabricação dos elementos 
estruturais é feita em série, por isso essa condição de fabricação possibilita 
a redução do tempo para a execução da estrutura; c) A utilização de peças 
pré-fabricadas permite que sejam feitas diversas frentes de serviço simultanea-
mente; d) Necessita da montagem de menor quantidade de escoramentos pro-
visórios; e) Não é necessária a montagem de formas ou, no caso de estruturas 
mistas aço-concreto, ocorre uma pequena utilização de formas; f) Tem maior 
independência em relação aos fatores climáticos;
• Utiliza menos apoios: Devido à alta resistência dos elementos constituintes, 
as estruturas de aço utilizam menos apoios do que as estruturas convencionais, 
gerando estruturas mais esbeltas;
• Redução das Dimensões do Canteiro de Obras: Proporciona melhores 
facilidades nos canteiros de obras em relação às construções convencionais. 
Não há a necessidade de grandes espaços nesses canteiros para a instalação 
de depósitos de materiais como areia, brita, cimento, madeiras e ferragens.
10
11
• Canteiros de Obras mais Organizados e Limpos: A utilização de estruturas 
de aço proporciona melhor condição de organização e limpeza do canteiro de 
obras, possibilitando: a) redução da geração de entulhos; b) redução de aciden-
tes do trabalho;
• Redução de Desperdício de Materiais: A utilização de estruturas de aço possi-
bilita a racionalização dos materiais e da mão de obra empregada na construção, 
devido à possibilidade da utilização de sistemas industriais nas obras;
• Aumento da Qualidade no Processo e nos Produtos: Existe na produção 
da estrutura de aço, por ser pré-fabricada industrialmente, um grande controle, 
com maior precisão alcançada através da utilização de mão de obra qualifica-
da, materiais de qualidade e equipamentos adequados;
• Aumento de Confiabilidade Estrutural: A estrutura em aço é produzida e 
executada com um único material, que é homogêneo e com características 
mecânicas bem definidas;
• Maior Facilidade de Transporte e de Manuseio: O aço estrutural tem grande 
resistência mecânica e, em geral, os elementos estruturais são menores, com 
menor peso relativo às estruturas convencionais, facilitando assim o transporte 
e o manuseio na fábrica e na obra;
• Maior Facilidade para Futuras Ampliações: Por ser um material fabricado e 
usinado fora dos locais das obras, e executado e montado com precisão, possi-
bilita futuras ampliações estruturais sem interferir nas atividades de rotinas dos 
ambientes ocupados;
• Maior Facilidade de Montagem Estrutural: Como a estrutura de aço é pro-
duzida de maneira industrial, sua montagem é pré-definida em projeto, o que 
possibilita aos montadores na obra um desempenho rápido e eficiente, com a 
utilização de equipamentos leves;
• Possibilidade de Desmontagem e Reaproveitamento da Estrutura: A estrutu-
ra de aço, quando necessário, pode ser desmontada e transferida para outro local;
• Facilidade de Reforço Estrutural: Em caso de haver aumento de cargas atu-
ando na estrutura de aço, ela pode com facilidade ser reforçada para suportar 
as novas cargas;
• Resistência à Corrosão: As estruturas de aço podem ser resistentes à corro-
são com a utilização de técnicas apropriadas, cujos custos sejam compatíveis 
com cada tipo de estrutura.
11
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Redução do Tempo de
Execução da Estrutura
Utiliza Menos Apoios
Redução das Dimensões
do Canteiro de Obras
Canteiros de Obras Mais
Organizados e Limpos
Redução de Desperdício
de Materiais
Aumento da Con�abilidade
Estrutural
VANTAGENS DAS
ESTRUTURAS
DE AÇO
Aumento da Qualidade no
Processo e nos Produtos
Maior Facilidade de Transporte
e de Manuseio
Resistência à Corrosão
Maior Facilidade para
Futuras Ampliações
Maior Facilidade de
Montagem Estrutural
Possibilidade de Desmontagem e
Reaproveitamento da Estrutura
Facilidade de Reforço Estrutural
Figura 3 – Vantagens das estruturas de aço
Desvantagens das Estruturas de Aço
As soluções tecnológicas em geral podem apresentar algumas desvantagens em 
suas aplicações. Nesse caso, deve ser feita a análise das condições técnicas de cada 
tecnologia e da relação custo-benefício de sua utilização. Como desvantagens desse 
sistema de construção, é possível citar (Figura 4):
• Custo Global: Dependendo do tipo e do planejamento de uma obra, a estrutura 
em aço pode custar mais caro do que uma estrutura convencional em concreto. 
Esse custo engloba a proteção dos elementos de aço componentes da estrutura 
contra corrosão e incêndio;
• Necessidade de Mão de Obra Qualificada: As estruturas metálicas necessi-
tam em sua fabricação e execução de mão de obra mais especializada do que 
as necessárias para as estruturas convencionais;
• Facilidade de Execução Restrita a Elementos Estruturais Lineares: O uso 
do aço em estruturas geralmente é economicamente viável apenas em peças es-
truturais lineares como, por exemplo, vigas, colunas e treliças. Para a construção 
de lajes, geralmente é mais adequada a utilização de estruturas mistas de aço e 
concreto, do que a utilização única de chapas de aço; 
• Limitação de Existência dos Elementos Estruturais no Mercado: A utilização 
das estruturas de aço é limitada à oferta dos elementos estruturais no mercado;
• Cultura Construtiva: Em algumas regiões, é possível não haver tradição na 
utilização de estruturas de aço em alguns tipos de construções;
• Necessidade de Tratamento Superficial das Peças Estruturais: Os elementos 
estruturais de aço devem ter tratamento de superfície contra a oxidação (corro-
são), devido ao seu contato com o ar atmosférico. O tratamento superficial pode 
ser dispensado se for utilizado aço de alta resistência à corrosão, que é mais caro 
12
13
do que o aço estrutural convencional. Os elementos estruturais de aço também 
devem ter proteção contra incêndio, para que possam aumentar sua resistência 
ao calor, o que aumenta o custo da estrutura de aço.
Custo Global
Necessidade de Mão
de Obra Quali�cada
Facilidade de Execução Restrita a
Elementos Estruturais Lineares
DESVANTAGENS
DAS ESTRUTURAS
DE AÇO
Necessidade de Tratamento
Super�cial das Peças Estruturais
Cultura Construtiva
Limitação de Existência dos
Elementos Estruturais no Mercado
Figura 4 – Desvantagens das estruturas de aço
Vantagens e Desvantagens
das Estruturas de Madeira
As estruturas de madeira são constituídas por elementos de madeira existentes 
no mercado. Esses elementos são trabalhados conforme as necessidades estruturais 
e de arquitetura. Essa solução tecnológica apresenta vantagens, bem como desvan-
tagens, que são importantes de serem adequadamente estudadas.
Vantagens das Estruturas de Madeira
A utilização de estruturas de madeira pode trazer várias vantagens em determi-
nadas condições da construção civil, principalmente em construções mais simples. 
Como vantagens desse sistema de construção é possível citar (Figura 5):
• Redução do Tempo de Execução da Estrutura: A utilização de estruturas 
de madeira também pode significar a redução no tempo de execução que seria 
necessário se fossem utilizados processos convencionais. Essa redução ocorre 
devido a fatores intervenientes como: a) as peças estruturais em madeira po-
dem ser pré-fabricadas previamente em serrarias; b) a fabricação das peças 
estruturais pode ser feita em série na serraria, possibilitando a redução do 
tempo de montagem da estrutura; c) a utilização de peças pré-fabricadas nas 
obras permite que sejam feitas diversas frentes de serviço simultaneamente; 
13
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeirana Construção Civil 
d) necessita da montagem de menor quantidade de escoramentos provisórios 
que nas estruturas convencionais; e) tem maior independência em relação aos 
fatores climáticos do que as estruturas convencionais em concreto armado;
• Simplicidade de Execução: As estruturas de madeira necessitam apenas de 
alguns tipos de profissionais especializados e de algumas ferramentas e equi-
pamentos adequados, se comparado ao que é necessário nas construções con-
vencionais de concreto armado;
• Baixo Consumo de Energia: Os elementos constituintes das estruturas de ma-
deira têm um baixo consumo de energia no processo de produção e usinagem 
ao se comparar com outros processos construtivos;
• Baixo Custo Global: Dependendo do tipo e do planejamento de uma obra, a 
estrutura de madeira pode custar mais barato do que uma estrutura convencional 
em concreto armado. Esse custo engloba a proteção dos elementos de madeira 
estrutural contra agentes químicos e orgânicos;
• Redução das Dimensões do Canteiro de Obras: As estruturas de madeira 
proporcionam melhores facilidades no canteiro de obras em relação às constru-
ções convencionais;
• Canteiros de Obras mais Organizados e Limpos: A utilização de estruturas 
de madeira proporciona melhor condição de organização e limpeza ao cantei-
ro de obras em relação às estruturas convencionais, possibilitando: a) redução 
da geração de entulhos; b) redução de acidentes do trabalho;
• Redução de desperdício de materiais: A utilização de estruturas de madeira, 
principalmente aquelas pré-fabricadas, possibilita a racionalização dos mate-
riais e da mão de obra empregada na construção, devido à possibilidade da 
utilização de sistemas industriais nas obras;
• Aumento da Qualidade no Processo e nos Produtos: A estrutura de madei-
ra, quando pré-fabricada industrialmente, apresenta um grande controle em sua 
produção, com maior precisão alcançada através da utilização de mão de obra 
qualificada, materiais de qualidade, ferramentas e equipamentos adequados;
• Maior Trabalhabilidade: Devido à sua constituição orgânica, a madeira tem 
maior trabalhabilidade que outras soluções estruturais;
• Maior Facilidade de Transporte e de Manuseio: A madeira estrutural tem 
boa resistência mecânica e, em geral, os elementos estruturais possuem menor 
peso relativo às estruturas convencionais, facilitando assim o seu transporte e 
manuseio na fábrica e na obra;
• Facilidade para Futuras Ampliações: Por ser um material fabricado e mon-
tado com boa precisão, possibilita futuras ampliações estruturais sem interferir 
nas atividades de rotinas dos ambientes ocupados;
• Maior Facilidade de Montagem Estrutural: Como a estrutura de madeira 
pode ser produzida de maneira industrial, sua montagem é pré-definida em 
14
15
projeto, o que possibilita aos montadores na obra um desempenho rápido e 
eficiente, com a utilização de equipamentos leves;
• Possibilidade de Desmontagem e Reaproveitamento da Estrutural: A estrutura 
de madeira, quando necessário, pode ser desmontada e transferida para outro local;
• Facilidade de Reforço Estrutural: Em caso de haver aumento de cargas atu-
ando na estrutura de madeira, ela permite ser reforçada com certa facilidade 
para suportar as novas cargas;
• Bom Comportamento Mecânico: Os elementos constituintes das estruturas 
de madeira têm bom comportamento mecânico, permitindo estruturas ade-
quadas às solicitações estruturais. Possui alta resistência a cargas de impacto e 
pouca variação nas dimensões devido à variação da temperatura;
• Boa Inércia Química: Os elementos constituintes das estruturas de madeira 
não reagem facilmente a agentes oxidantes ou redutores, mantendo suas ca-
racterísticas mecânicas;
• Bom Isolamento Térmico: As estruturas de madeira apresentam bom poten-
cial de isolamento térmico se comparadas às construções convencionais; 
• Sustentabilidade Ambiental: Os elementos constituintes das estruturas de ma-
deira, por serem compostos principalmente de carbono, são uma forma durável 
de fixação de carbono;
• Boa Resistência ao Fogo: Apesar de ser um material inflamável, as estruturas 
de madeira apresentam boa resistência às altas temperaturas do fogo se forem 
comparadas às estruturas de aço, que não são inflamáveis, mas não resistem a 
altas temperaturas;
• Menor Densidade dos Elementos Estruturais: Os elementos estruturais de 
madeira têm menor relação resistência-densidade do que os outros materiais, 
como, por exemplo, o concreto armado. Essa característica permite a execução 
de estruturas mais leves que as convencionais em concreto armado, gerando, por 
exemplo, elementos de fundações mais simples.
VANTAGENS DAS
ESTRUTURAS
DE MADEIRA
Facilidade de Reforço
Estrutural
Bom Comportamento
Mecânico
Boa Inércia Química
Bom Isolamento Térmico
Redução do Tempo de
Execução da Estrutura
Redução do Tempo de
Execução da Estrutura
Maior Facilidade de
Transporte e de Manuseio
Facilidade para
Futuras Ampliações
Possibilidade de Desmontagem e
Reaproveitamento da EstruturaMaior Trabalhabilidade
Maior Facilidade de
Montagem Estrutural
Sustentabilidade
Ambiental
Redução de Desperdício
de Materiais
Canteiros de Obras mais
Organizados e Limpos
Redução das Dimensões
do Canteiro de Obras
Baixo Custo Global
Baixo Consumo
de Energia
Simplicidade
de Execução
Aumento da Qualidade
no Processo e nos Produtos
Redução do Tempo de
Execução da Estrutura
Figura 5 – Vantagens das estruturas de madeira
15
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Desvantagens das Estruturas de Madeira
Assim como as demais soluções tecnológicas, as estruturas de madeira apresen-
tam algumas desvantagens em suas aplicações. Nesse caso, também, deve ser feita 
a análise das condições técnicas de cada tecnologia e da relação custo-benefício de 
sua utilização. 
Como desvantagens desse sistema de construção é possível citar (Figura 6):
• Necessidade de Certificação de Origem da Madeira: Os elementos consti-
tuintes das estruturas de madeira, por questões legais de sustentabilidade am-
biental, devem ser certificados como sendo originários de madeiras de reflores-
tamento, porque sua extração é controlada e não agride o meio ambiente;
• Limitação das Espécies de Madeira Disponíveis com Boa Durabilidade 
Natural: Para a utilização de estruturas de madeira é importante haver a dispo-
nibilidade de espécies de madeira que sejam adequadas à utilização estrutural e 
resistentes a ataques orgânicos, por exemplo, de fungos e cupins;
• Suscetibilidade a Agentes Externos: A madeira pode ser atacada por ações 
do clima, fungos que apodrecem o material e insetos xilófagos;
• Necessidade de Tratamento da Madeira: As madeiras, em geral, por serem 
materiais orgânicos, devem ser tratadas para resistirem às ações do clima, de 
fungos e insetos;
• Material Anisotrópico: As madeiras possuem resistências diferentes em rela-
ção à disposição de suas fibras, o que gera cuidados no cálculo, na fabricação 
e montagem das estruturas de madeira;
• Baixa Confiabilidade Estrutural: A estrutura em madeira, por ser constituída 
de material orgânico natural, pode acarretar baixa confiabilidade às suas carac-
terísticas mecânicas;
• Necessidade de Mão de Obra Qualificada: As estruturas de madeira neces-
sitam em sua fabricação e execução de mão de obra mais especializada que as 
necessárias para as estruturas convencionais;
• Facilidade de Execução Restrita a Elementos Estruturais Lineares: O uso 
da madeira em estruturas geralmente é economicamente viável apenas em pe-
ças estruturais lineares como, por exemplo, vigas, colunas e treliças. Para a 
construção de lajes, geralmente é mais adequada a utilização de estruturas mis-
tas de madeira e placas de concreto ou de painéis compostos, do que a utiliza-
ção única de tábuas de madeira;
• Limitação de Existência dos Elementos Estruturais no Mercado: A utilização 
das estruturas de madeira é limitada à oferta dos elementos estruturais no mercado;
16
17
• Cultura Construtiva: Em algumasregiões, é possível não haver tradição na 
utilização de estruturas de aço em determinados tipos de construções.
DESVANTAGENS
DAS ESTRUTURAS
DE MADEIRA
Facilidade de Execução
Restrita a Elementos
Estruturais Lineares
Necessidade de Mão
de Obra Quali�cada
Baixa Con�abilidade
Material Anisotrópico
Limitação da Existência
dos Elementos
Estruturais no Mercado
Necessidade de Tratamento
da Madeira
Suscetibilidade a
Agentes Externos
Limitação das Espécies de
Madeira disponíveis com
Boa Durabilidade Natural
Necessidade de Certi�cação
da Origem da Madeira
Cultura Construtiva
Figura 6 – Desvantagens das estruturas de madeira
Sistemas Estruturais
Possíveis em Aço e Madeira 
O aço estrutural e a madeira estrutural têm praticamente as mesmas capacidades 
de realização de projetos estruturais.
Dentre as aplicações do aço estrutural, tem-se (Figura 7):
• Estruturas de telhados;
• Estruturas de edifícios industriais e comerciais;
• Estruturas de residências (light steel frame);
• Pontes, viadutos e passarelas;
• Reservatórios de água;
• Torres de transmissão de energia elétrica;
• Torres de transmissão eletrônica;
• Postes;
• Escadas;
• Mezaninos.
17
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
APLICAÇÕES
DO AÇO
ESTRUTURAL
Escadas
Postes
Torres de Transmissão
Eletrônica
Torres de Transmissão
de Energia Elétrica
Mezaninos
Reservatórios de Água
Pontes, Viadutos e Passarelas
Estruturas de Residências
(Light Steel Frame)
Estruturas de Edifícios
Industriais e Comerciais
Estruturas de Telhado
Figura 7 – Algumas aplicações do aço estrutural
Dentre as aplicações do aço estrutural, tem-se (Figura 8):
• Estruturas de telhados;
• Estruturas de edifícios industriais e comerciais;
• Estruturas de residências (wood frame);
• Pontes, viadutos e passarelas;
• Postes;
• Escadas;
• Mezaninos.
APLICAÇÕES
DA MADEIRA
ESTRUTURAL
Escadas
Postes
Mezaninos
Pontes, Viadutos e Passarelas
Estruturas de Residências
(Wood Frame)
Estruturas de Edifícios
Industriais e Comerciais
Estruturas de Telhado
Figura 8 – Algumas aplicações da madeira estrutural
18
19
Propriedades Físicas e
Mecânicas dos Materiais
A propriedade de um material representa a intensidade de uma resposta a um estímulo 
específico imposto a ele. Os materiais apresentam diferentes propriedades, entre as quais 
estão as propriedades elétricas, físicas, magnéticas, mecânicas, ópticas, térmicas, entre 
outras, em função do tipo de estímulo que é capaz de provocar as diferentes respostas. 
Para a realização do cálculo e dimensionamento estrutural, deve-se conhecer as 
propriedades físicas e mecânica dos materiais.
Propriedades Físicas dos Materiais
As propriedades físicas são propriedades específicas de determinada matéria. 
São aquelas que podem ser observadas quando há ação mecânica ou do calor (ener-
gia térmica). 
É importante saber as propriedades físicas dos materiais com o objetivo de conhe-
cer a sua adequada utilização de acordo com as exigências de uma dada construção. 
Por exemplo, para manter a temperatura de um determinado ambiente, a exigência 
de desempenho básico de um material é que ele tenha boas características de isola-
mento térmico. 
As propriedades físicas dos materiais dependem de sua homogeneidade e das 
suas características isotrópicas (Figura 9):
• Materiais Isotrópicos: Para uma dada propriedade, apresentam igualdade nas 
três direções (x, y, z) ortogonais;
• Materiais Anisotrópicos: Para uma dada propriedade, há uma variação em, 
pelo menos, uma das três direções (x, y, z) ortogonais. A maioria dos materiais é 
anisotrópico. Essa condição está associada à simetria da estrutura cristalina, em 
que o grau de anisotropia aumenta em função da diminuição da simetria estrutu-
ral. A madeira, por exemplo, tem a resistência mecânica dependente do sentido 
de orientação das fibras. Na direção paralela às fibras, a resistência tende a ser 
maior do que na direção transversal ao sentido das fibras.
19
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Materiais
Isotrópicos
CARACTERÍSTICAS
ISOTRÓPICAS
DOS MATERIAIS
Materiais
Anisotrópicos
Figura 9 – Características isotrópicas dos materiais
Propriedades Mecânicas dos Materiais
As propriedades mecânicas dos materiais definem o comportamento do mate-
rial (resposta) quando sujeito a cargas externas, sua capacidade de resistir ou trans-
mitir esses esforços sem se fraturar ou deformar de forma incontrolada (Figura 10).
Materiais
Isotrópicos
CARACTERÍSTICAS
ISOTRÓPICAS
DOS MATERIAIS
Capacidade de
Resistir ou de
Transmitir Esforços
Sem Fraturar de
Forma incontrolada
Sem Deformar de
Forma incontrolada
PROPRIEDADES
MECÂNICAS
De
�n
em
Figura 10 – Propriedades mecânicas dos materiais
A resistência dos materiais é uma medida das forças externas que são aplicadas 
aos materiais, as quais são necessárias para vencer as forças internas de atração 
entre as partículas elementares desses. 
Existem diversos tipos de ligações interatômicas, cada qual com uma determina-
da intensidade, que são específicas para cada tipo de material. Uma propriedade 
mecânica importante nos materiais é denominada Tensão Normal (f), sendo defi-
nida pela expressão (1).
[ ]Nf Pa
A
= (1)
Onde:
N – força normal atuante na barra;
A – área da seção transversal da barra.
20
21
Outra propriedade mecânica é a elasticidade. Observa-se que, para pequenos 
níveis de carregamento, há um comportamento aproximadamente linear entre a ten-
são aplicada em um corpo e sua deformação. Com a retirada da tensão, a deforma-
ção cessa. Esse fenômeno é denominado de comportamento elástico do material. 
Normas Vigentes para Dimensionamento
As normas técnicas vigentes para o cálculo, dimensionamento e a execução de 
estruturas são relacionadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 
A ABNT é uma organização privada e sem fins lucrativos que é responsável pela nor-
matização de técnicas documentais e tecnológicas, facilitando, assim, a execução de 
projetos no Brasil. Ela é o foro nacional de normalização e a certificadora de produtos 
e sistemas. A função das normas técnicas é orientar os profissionais da área, servir de 
referência para a elaboração de contratos e de esclarecimentos técnicos para a socie-
dade civil e aos consumidores em geral.
Para estruturas de aço, a norma técnica vigente é a NBR 8800:2008 – Projeto 
de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. 
Para estruturas de madeira, a norma técnica é a NBR 7190:1997 – Projeto de 
estruturas de madeira. O cálculo e dimensionamento estrutural deve seguir as 
normas vigentes em cada país, como exemplificado a seguir.
Estados Unidos
Nos Estados Unidos, existem várias associações de normalização, dentre elas tem-se:
• American Institute of Steel Construction (AISC): Instituto Americano de 
Construção em Aço;
• American National Standards Institute (ANSI): Instituto Nacional Ameri-
cano de Padronização;
• American Welding Society (AWS): Sociedade Americana de Soldagem;
• American Society for Testing and Materials (ASTM): Sociedade Ameri-
cana para Testes e Materiais.
França
• Association Française de Normalisation (AFNOR): Associação Francesa 
de Normalização.
Alemanha
• Deutsch Industrie Normen (DIN): Norma da Indústria Alemã.
21
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Estados Limites
Nas obras de engenharia, a principal preocupação é a manutenção da integridade 
estrutural das construções. Para que a segurança (suportar as ações que ocorrerão 
durante a vida útil da estrutura), funcionalidade (condições para as quais será cons-
truída) e a economia (relação custo-benefício) possam ocorrer nas estruturas, foram 
constituídos vários métodos de cálculo e dimensionamento estrutural.
Dentre os métodos de cálculo estrutural é possível citar três tipos: método intui-
tivo; método das tensões admissíveis; método dos estados limites (Figura 11).
Método das
Tensões Admissíveis
Método Intuitivo
MÉTODOS DECÁLCULO
ESTRUTURAL
Método dos
Estados Limites
Figura 11 – Métodos de cálculo estrutural
Método Intuitivo
Foi o primeiro método a ser utilizado para a realização de estruturas, onde a segu-
rança das estruturas dependia das concepções intuitivas dos projetistas estruturais e 
dos construtores. Esse método era condicionado por sucessos e insucessos de cons-
truções anteriormente realizadas.
Método das Tensões Admissíveis
Esse é um método de cálculo estrutural considerado tradicional, sendo utilizado 
durante praticamente todo o século XX. Ele surgiu quando os princípios de análise 
linear elástica foram formulados e foi possível calcular as tensões internas nos ele-
mentos estruturais a partir da metade do século XIX.
Esse é um método determinístico, onde, para um mesmo corpo, com os mesmos 
vínculos, a aplicação de uma solicitação externa, de acordo com a lei de variação ao 
longo do tempo, se fosse repetida várias vezes, produziria em todas elas os mesmos 
esforços internos, as mesmas deformações e os mesmos deslocamentos.
22
23
Nesse método de cálculo e dimensionamento estrutural, a estrutura é observada 
sob ações de trabalho, impondo-se que não possa ser excedida uma tensão admissível. 
As ações de trabalho (ações nominais) são as máximas ações esperadas durante a vida 
útil da estrutura. As tensões resultantes são calculadas admitindo-se um comporta-
mento elástico-linear.
Nesse método, a tensão admissível é uma fração de uma tensão limite, como, por 
exemplo, a tensão de escoamento ou a tensão de flambagem. O fator de segurança é 
a relação entre a tensão limitante e a tensão admissível. Os valores dos fatores de segu-
rança representam a experiência coletiva do cálculo estrutural.
Esse método é fácil de ser utilizado, sendo de fácil compreensão. Contudo, ele apre-
senta poucas informações sobre a capacidade real das estruturas, pois, para alguns 
tipos de estruturas, a hipótese de linearidade entre tensões e deformações, esforços e 
ações não é muito realista.
Tal método não avalia as condições de serviço que poderiam inviabilizar a estrutu-
ra, como, por exemplo, uma deformação excessiva. E entre os anos de 1940 e 1950, 
com a realização de métodos de cálculo plástico, foi verificado que esse método, 
também, não produz estruturas econômicas.
Método dos Estados Limites
O método dos estados limites é um método de cálculo semiprobabilístico que foi 
desenvolvido na Rússia durante o período da Segunda Guerra Mundial.
A partir da década de 1970, o projeto estrutural começou a evoluir com a utilização 
de processos mais racionais, baseados em probabilidades, conhecido como estados 
limites. Durante a década de 1980, a ideia dos estados limites ganhou aceitação geral.
Ele é fundamentado em análises estatísticas com coeficientes de ponderação apli-
cados nas ações e nas resistências dos materiais, admitindo o comportamento estru-
tural como determinístico. É baseado na capacidade última dos elementos estruturais.
O estado limite ocorre sempre que a estrutura deixa de satisfazer um de seus objeti-
vos, que podem ser divididos em estados limites últimos e estados limites de utilização.
Os estados limites últimos estão associados à ocorrência de cargas excessivas 
e o consequente colapso estrutural devido – por exemplo, a sua perda de equilí-
brio como corpo rígido, ruptura de uma ligação ou seção. Os estados limites de 
utilização incluem a verificação das deformações e vibrações excessivas. Os deslo-
camentos ou as vibrações excessivas podem conduzir, por exemplo, a sensações 
de insegurança nos usuários das estruturas, danificar equipamentos, abrir fissuras 
nas alvenarias.
23
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Assim, os estados limites de uma estrutura são as condições a partir das quais a 
estrutura apresenta desempenhos inadequados às finalidades da construção. A sua 
ocorrência determina a paralização, total ou parcial, da construção
Os estados limites podem ser classificados em dois tipos (Figura 12):
• Estados limites últimos (de ruína) (ELU);
• Estados limites de utilização (de serviço) (ELS).
Estados Limites
Últimos (ELU) ESTADOS LIMITES
Estados Limites
de Utilização (ELS)
Figura 12 – Estados limites
Estados Limites Últimos (ELU)
Estados que por sua simples ocorrência determinam a paralisação, no todo ou em 
parte, do uso da construção. No projeto, usualmente devem ser considerados os esta-
dos limites últimos caracterizados por:
• Perda de equilíbrio, global ou parcial, admitida a estrutura como corpo rígido;
• Ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais;
• Transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema hipostático;
• Instabilidade por deformação;
• Instabilidade dinâmica (ressonância).
Estados Limites de Utilização (ELS)
Estados que por sua ocorrência, repetição ou duração causam efeitos estruturais 
que não respeitam as condições especificadas para o uso normal da construção, ou 
que são indícios de comprometimento da durabilidade da construção.
No projeto, usualmente devem ser considerados os estados limites de utilização 
caracterizados por:
• Deformações excessivas, que afetem a utilização normal da construção, com-
prometam seu aspecto estético, prejudiquem o funcionamento de equipamen-
tos ou instalações ou causem danos aos materiais de acabamento ou às partes 
não estruturais da construção;
• Vibrações de amplitude excessiva que causem desconforto aos usuários ou 
causem danos à construção ou ao seu conteúdo.
24
25
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Edifícios Industriais em Aço: Projeto e Cálculo
BELLEI, I. H. Edifícios Industriais em Aço: Projeto e Cálculo. 3. ed. São Paulo: Pini, 2000. 
Estruturas de Aço: Conceitos, Técnicas e Linguagem
DIAS, L. A. M. Estruturas de Aço: Conceitos, Técnicas e Linguagem. 7. ed. São Paulo: Zigurate 
Editora, 2009. 
Dimensionamento de Elementos Estruturais de Aço e Mistos de Aço e Concreto
FAKURY, R. H.; SILVA, A. L. R. C.; CALDAS, R. B. Dimensionamento de Elementos Estruturais 
de Aço e Mistos de Aço e Concreto. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. [e-book]
Dimensionamento de Elementos Estruturais de Madeira 
JUNIOR CALIL, C.; LAHR, F. R.; DIAS, A. A. Dimensionamento de Elementos Estruturais 
de Madeira. Brasília: Manole, 2003. [e-book]
Estruturas de Madeira
PFEIL, W.; PFEIL, M. Estruturas de Madeira. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003. [e-book]
25
UNIDADE Estruturas Metálicas e de Madeira na Construção Civil 
Referências
PFEIL, W. Estruturas de Madeira: Dimensionamento Segundo a Norma Brasi-
leira NBR 7190/97. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. 
________.; PFEIL, M. Estruturas de Aço: Dimensionamento Prático. 7. ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2008. [e-book] 
PINHEIRO, A. C. F. B. Estruturas Metálicas: Cálculos, Detalhes, Exercícios e 
Projetos. 2. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2012.
26