estrutura de aço

•

ESTÁCIO

Suellen Arruda

18/08/2015

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UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
JONATHAN ROBERTO LUCCHINI
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM
DE ESTRUTURAS METÁLICAS NA
CONSTRUÇÃO CIVIL
SÃO PAULO
2009
2

Orientador: Prof. MSc. Fernando José Relvas

JONATHAN ROBERTO LUCCHINI
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM
DE ESTRUTURAS METÁLICAS NA
CONSTRUÇÃO CIVIL
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como exigência parcial
para a obtenção do título de Graduação
do Curso de Engenharia Civil da
Universidade Anhembi Morumbi

SÃO PAULO
2009
3

Trabalho apresentado em: 27 de Novembro de 2009.

______________________________________________
Prof. MSc. Fernando José Relvas

______________________________________________
Prof. MSc. Calebe Paiva Gomes de Souza

Comentários:_________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
4

“Não basta ensinar ao homem uma especialidade, porque se tornará assim uma máquina
utilizável e não uma personalidade. É necessário que adquira um sentimento, um senso
prático daquilo que vale a pena ser empreendido, daquilo que é belo, do que é
moralmente correto."
(Albert Einstein)

Esta obra é dedicada a minha esposa Luciana Runau Lucchini
e aos mestres que me apoiaram e me acompanham nesta luta
constante pelo aprendizado e aplicação da Engenharia Civil.
5

RESUMO

Este trabalho tem o propósito de expor de maneira simplificada os processos de
fabricação e montagem de estruturas metálica na construção civil.

Para tanto, inicialmente é apresentada a história da estrutura metálica no Brasil, seguida
das vantagens da execução de obras civis em aço, ressaltando como a principal delas a
rapidez na construção, quando a comparamos com as obras executadas em concreto.

Para uma melhor compreensão das particularidades desse segmento, foram expostos os
principais tipos de aço, os principais tipos de perfis em aço disponíveis no mercado, os
processos e tipos de conexões, os principais aspectos a serem analisados num projeto de
engenharia, fabricação e montagem da estrutura metálica.

É relevante comentar que todos os tópicos são abordados de maneira simples, de forma a
não exigir grande conhecimento técnico do leitor.

Palavras-chave: Estrutura Metálica; Fabricação; Montagem.
6

ABSTRACT

This paper aims to explain in a simplified way the processes of manufacture and assembly
of steel structures in construction.

We first present the steel structure history in Brazil followed by the advantages to execute
buildings in steel, emphasizing mainly the quickness if compared with concrete ones.

For a better understanding of the particularities of this segment were exposed major types
of steel, the main types of steel profiles available, the procedures and types of
connections, the main issues to be analyzed in engineering design and manufacturing and
assembly steel structure.

It is important to say that all items are broached in a simple way in order to avoid a
technical knowledge from the reader.

Keywords: Steel Structure; Manufacturing; Assembly.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Esquema do laminador universal. ..................................................................... 29
Figura 2 – Perfil Soldado. .................................................................................................. 31
Figura 3 – Parafuso. .......................................................................................................... 33
Figura 4 - Chaves Manuais, Chaves de Braço e Chave Pneumática. ............................... 37
Figura 5 – Localização dos elementos no símbolo de soldagem. ...................................... 39
Figura 6 – Símbolos básicos de sodas - 1. ........................................................................ 39
Figura 7 – Símbolos básicos de sodas - 2. ........................................................................ 40
Figura 8 – Forças atuantes. ............................................................................................... 40
Figura 9 – Ligação da viga na alma do pilar flexível. ......................................................... 41
Figura 10 – Ligação da viga na mesa do pilar. .................................................................. 42
Figura 11 – Rotação da viga em relação ao pilar. ............................................................. 42
Figura 12 – Conexão com cantoneira. ............................................................................... 43
Figura 13 – Conexão de nós de treliças. ........................................................................... 44
Figura 14 – Treliça de fachada. ......................................................................................... 44
Figura 15 – Placa de base articulada. ............................................................................... 44
Figura 16 – Conexão rígida viga – Pilar. ............................................................................ 45
Figura 17 – Ligações rígidas viga – Pilar. .......................................................................... 46
Figura 18 – Ligação nó de pórtico. .................................................................................... 46
Figura 19 – Base de Pilar Rígida. ...................................................................................... 47
Figura 20 – Equipamento para corte a calor. ..................................................................... 53
Figura 21 – Equipamento para furação com broca. ........................................................... 54
Figura 22 – Montagem na oficina. ..................................................................................... 55
Figura 23 – Soldagem manual na oficina. ......................................................................... 57
Figura 24 – Tanques de decapagem. ................................................................................ 59
Figura 25 – Sistema de pintura “air less” da Graco. .......................................................... 60
Figura 26 – Peças estruturais após banho de zinco. ......................................................... 61
Figura 27 – Peças estruturais galvanizadas em estoque................................................... 61
Figura 28 – Posição para início da montagem. .................................................................. 63
Figura 29 – Estais e contraventamentos provisórios. ........................................................ 64
Figura 30 – Grua torre fixa. Edifício Itaú – São Paulo, SP. ................................................ 67
8

Figura 31 – Grua torre fixa. Edifício garagem Shop. Iguatemi – São Paulo, SP. ............... 68
Figura 32 – Grua torre sobre pneus. São Paulo, SP. ........................................................
68
Figura 33 – Guindaste sobre pneus com lança fixa. .......................................................... 69
Figura 34 – Guindaste sobre pneus com lança telescópica............................................... 69
Figura 35 – Foto do tapume da obra. ................................................................................ 70
Figura 36 – Steel Deck. ..................................................................................................... 71
Figura 37 – Inserção dos Conectores. ............................................................................... 71
Figura 38 – Perfil metálico tipo “trilho”. .............................................................................. 73
Figura 39 – Chumbadores inseridos na fundação. ............................................................ 74
Figura 40 – Chumbadores inseridos na fundação. ............................................................ 74
Figura 41 – Chumbadores inseridos na fundação sem proteção devida. .......................... 75
Figura 42 – Limpeza dos copinhos. ................................................................................... 75
Figura 43 – Limpeza dos chumbadores. ............................................................................ 75
Figura 44 – Material sendo transportada a obra. ............................................................... 76
Figura 45 – Material sendo descarregado na obra. ........................................................... 76
Figura 46 – Material armazenado na obra. ........................................................................ 76
Figura 47 – Acúmulo de material e água. .......................................................................... 77
Figura 48 – Acúmulo de água sobre material. ................................................................... 77
Figura 49 – Marcação ou numeração de peças. ................................................................ 77
Figura 50 – Marcação ou numeração de peças. ................................................................ 77
Figura 51 – Parafusos em obra. ........................................................................................ 78
Figura 52 – Parafuso com arruela cônica. ......................................................................... 78
Figura 53 – Içamento dos Pilares. ..................................................................................... 79
Figura 54 – Içamento dos Pilares. ..................................................................................... 79
Figura 55 – Locação dos Pilares. ...................................................................................... 79
Figura 56 – Locação dos Pilares. ...................................................................................... 79
Figura 57 – Fixação do pilar na fundação. ......................................................................... 80
Figura 58 – Enrijecedores na placa de base. ..................................................................... 80
Figura 59 – Fixação das Vigas nos Pilares. ....................................................................... 80
Figura 60 – Fixação das Vigas nos Pilares. ....................................................................... 80
Figura 61 – Ligações de pilar e vigas. ............................................................................... 81
Figura 62 – Ligações de pilar e vigas. ............................................................................... 81
9

Figura 63 – Montagem da ligação a momento. .................................................................. 82
Figura 64 – Ligação a momento. ....................................................................................... 82
Figura 65 – Travamento dos pórticos. ............................................................................... 82
Figura 66 – Travamento dos pórticos. ............................................................................... 82
Figura 67 – Montagem da ligação a momento. .................................................................. 83
Figura 68 – Parafusagem da ligação a momento. ............................................................. 83
Figura 69 – Ligação a momento fletor. .............................................................................. 83
Figura 70 – Ligação a força cortante da viga. .................................................................... 84
Figura 71 – Viga em Balanço. ............................................................................................ 84
Figura 72 – Contraventamento horizontal com cantoneiras. .............................................. 84
Figura 73 – Contraventamento vertical. ............................................................................. 85
Figura 74 – Ligação do contraventamento vertical. ........................................................... 85
Figura 75 – Estocagem das longarinas.............................................................................. 85
Figura 76 – Montagem das longarinas. ............................................................................. 85
Figura 77 – Ligações das longarinas. ................................................................................ 86
Figura 78 – Longarinas de fechamento. ............................................................................ 86
Figura 79 – Montagem das chapas de fechamento. .......................................................... 86
Figura 80 – Montagem das chapas de fechamento. .......................................................... 86
Figura 81 – Montagem das chapas de fechamento. .......................................................... 87
Figura 82 – Montagem das chapas de fechamento. .......................................................... 87

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Porcentagens máximas de elementos adicionais ao aço-carbono. .................. 25
Tabela 2 – Quatro categorias de aços em função do teor de carbono. ............................. 26
Tabela 3 – Propriedade mecânicas de aços-carbono. ....................................................... 26
Tabela 4 – Propriedade mecânicas de aços de baixa liga. ................................................ 27
Tabela 5 – Propriedade mecânicas de aços de baixa liga. ................................................ 28

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM American Society for Testing and Materials

COFAVI Ferro e Aço de Vitória

COSIPA Companhia Siderurgica Paulista

CSN Companhia Siderurgica Nacional

CST Companhia Siderurgica Tubarão

DIN Deutsches Institut für Normung e. V.

NBR Norma Brasileira

USIMINAS Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A
12

LISTA DE SÍMBOLOS

fy Tensão limite do escoamento do aço

fu Resistência à ruptura característica do aço
13

SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 18
2. OBJETIVOS ...................................................................................................... 19
2.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 19
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO .................................................................................. 19
3. MÉTODO DE TRABALHO ................................................................................. 20
4. JUSTIFICATIVA ................................................................................................ 21
5. ESTRUTURAS METÁLICAS .............................................................................
22
5.1 HISTÓRICO NO BRASIL ................................................................................... 22
5.2 VANTAGENS .................................................................................................... 23
5.3 MATERIAIS ....................................................................................................... 25
5.3.1 TIPOS DE AÇO .......................................................................................... 25
5.3.1.1 O AÇO ESTRUTURAL ............................................................................... 25
5.3.1.2 AÇOS-CARBONO ...................................................................................... 25
5.3.1.3 AÇOS DE BAIXA LIGA ............................................................................... 27
5.3.1.4 AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO ..................................................... 27
5.3.1.5 PADRONIZAÇÃO ABNT ............................................................................ 28
5.3.2 TIPOS DE PERFIS ..................................................................................... 28
5.3.2.1 PERFIS LAMINADOS DE ABAS PARALELAS .......................................... 28
5.3.2.2 PERFIS LAMINADOS PADRÃO AMERICANO .......................................... 29
14

5.3.2.3 PERFIS SOLDADOS .................................................................................. 30
5.3.2.4 PERFIS ELETROSOLDADOS ................................................................... 31
5.3.2.5 PERFIS FORMADOS A FRIO .................................................................... 32
5.3.3 PARAFUSOS ............................................................................................. 33
5.3.3.1 ESPECIFICAÇÃO GERAL ......................................................................... 33
5.3.3.2 PRINCIPAIS VANTAGENS E DESVANTAGENS ...................................... 33
5.3.3.3 PARAFUSOS COMUNS ASTM A307 ........................................................ 34
5.3.3.4 PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA ..................................................... 34
5.3.4 SOLDAS ..................................................................................................... 37
5.3.4.1 PRINCIPAIS VANTAGENS E DESVANTAGENS ...................................... 37
5.3.4.2 CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE SOLDAS ............................................. 38
5.3.5 CONEXÕES ............................................................................................... 40
5.3.5.1 CONEXÕES FLEXÍVEIS E RÍGIDAS ......................................................... 40
5.3.5.2 EXEMPLOS DE CONEXÕES FLEXÍVEIS ................................................. 41
5.3.5.3 EXEMPLOS DE CONEXÕES RÍGIDAS ..................................................... 45
5.4 PROJETOS ....................................................................................................... 47
5.4.1 O ANTEPROJETO ..................................................................................... 47
5.4.2 O NASCIMENTO DO PROJETO ................................................................ 48
5.4.3 PROJETO BÁSICO .................................................................................... 48
5.4.4 DESENHOS DE FABRICAÇÃO ................................................................. 49
5.4.5 DIAGRAMAS DE MONTAGEM .................................................................. 50
15

5.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ...................................................................... 50
5.5.1 SUPRIMENTO ............................................................................................ 50
5.5.2 PREPARAÇÃO ........................................................................................... 51
5.5.3 DESEMPENO E APLAINAMENTO ............................................................ 51
5.5.4 DOBRAMENTO, CALANDRAGEM E PRÉ-DEFORMAÇÃO ...................... 52
5.5.5 CORTES .................................................................................................... 52
5.5.5.1 CORTE A CALOR ...................................................................................... 52
5.5.5.2 CORTES MECÂNICOS .............................................................................. 53
5.5.6 USINAGEM ................................................................................................ 53
5.5.7 FURAÇÃO .................................................................................................. 54
5.5.8 MONTAGEM E PRÉ-MONTAGEM DE OFICINA ....................................... 54
5.5.9 ALARGAMENTO EM CONJUNTO ............................................................. 55
5.5.10 PARAFUSAGEM ........................................................................................ 55
5.5.11 SOLDAGEM ............................................................................................... 56
5.5.12 CONTRAFLECHAS EM VIGAS E TRELIÇAS NA OFICINA ...................... 57
5.5.13 CONTROLE DE QUALIDADE .................................................................... 57
5.5.14 LIMPEZA DOS PERFIS ............................................................................. 58
5.5.15 PROTEÇÃO ............................................................................................... 60
5.5.15.1 PINTURA ................................................................................................ 60
5.5.15.2 GALVANIZAÇÃO OU ZINCAGEM .......................................................... 60
5.6 PROCESSOS DE MONTAGEM ........................................................................ 61
16

5.6.1 PRINCIPAIS ETAPAS DA MONTAGEM .................................................... 62
5.6.1.1 PLANEJAMENTO ....................................................................................... 62
5.6.1.2 ESTABILIDADE LATERAL ......................................................................... 62
5.6.1.3 CONTRAFLECHAS .................................................................................... 64
5.6.2 LIGAÇÕES EM CAMPO ............................................................................. 64
5.6.2.1 PARAFUSAGEM ........................................................................................ 65
5.6.2.2 SOLDAGEM ............................................................................................... 65
5.6.3 TENSÕES DE MONTAGEM ...................................................................... 66
5.6.4 ESTOCAGEM NO CANTEIRO DE OBRAS ............................................... 66
5.6.5 EQUIPAMENTOS ....................................................................................... 67
6. ESTUDO DE CASO ........................................................................................... 70
6.1 DADOS DA OBRA ............................................................................................. 70
6.2 DADOS DO PROJETO ...................................................................................... 70
6.3 EXECUÇÃO DAS FUNDAÇÕES ....................................................................... 73
6.4 ARMAZENAGEM DA ESTRUTURA METÁLICA EM OBRA ............................. 76
6.5 MONTAGEM DA ESTRUTURA METÁLICA ...................................................... 78
6.6 FINALIZAÇÃO DA OBRA .................................................................................. 87
7. ANÁLISE CRÍTICA DOS RESULTADOS .......................................................... 88
8. CONCLUSÕES ................................................................................................. 89
9. RECOMENDAÇÕES .........................................................................................
90
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 91
17

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 91
ANEXO A .................................................................................................................... 1
ANEXO B .................................................................................................................... 2
ANEXO C .................................................................................................................... 3
ANEXO D .................................................................................................................... 4
ANEXO E .................................................................................................................... 5
ANEXO F .................................................................................................................... 6
ANEXO G ................................................................................................................... 7
ANEXO H .................................................................................................................... 8
ANEXO I ..................................................................................................................... 9

1. INTRODUÇÃO

Este estudo tem a finalidade de expor todos os materiais, equipamentos e procedimentos
adotados na fabricação e montagem de uma estrutura metálica.

É apresentado um breve histórico da construção metálica no Brasil, prosseguindo com as
vantagens e os devidos materiais utilizados neste seguimento.

No item referente aos processos de fabricação, são apresentadas as diversas partes que
irão ser fabricadas e comporão a estrutura, usando-se as recomendações de projeto
quanto à solda, parafusos, tolerâncias, controles de qualidade, etc.

Após os processos de fabricação será abordado o item que mostra os processos de
montagem, que englobam a estrutura metálica, isto é, como as peças serão unidas, uma
a uma, para compor a estrutura, exigindo um planejamento, visando especificar os
equipamentos a serem utilizados, o ferramental e a seqüência de montagem. A
montagem é o coroamento de toda a obra, é quando sabemos se houve ou não um bom
projeto.

O sucesso da estrutura pode ser determinado fazendo-se a combinação de um bom
projeto, bom detalhamento, boa habilidade na fabricação e bons métodos de montagem.
A maneira de montar influi na economia final, uma vez que é durante a construção que na
maioria das vezes as estruturas entram em colapso. Pode-se dizer que uma construção
entra em colapso devido a falta de estabilidade tridimensional. A maioria das falhas na
construção metálica ocorre durante o processo de montagem e raramente depois que a
estrutura esta pronta.

Finalmente é exposto um estudo de caso que mostra uma obra durante seu processo de
fabricação e montagem.

2. OBJETIVOS

O presente trabalho tem como principal finalidade o estudo dos processos de fabricação e
montagem de estruturas metálicas na construção civil.

2.1 Objetivo geral

A estrutura metálica é um material bastante utilizado na construção civil no Brasil,
portanto, o objetivo geral deste trabalho é descrever os materiais, processos de
fabricação e montagem das estruturas metálicas.

2.2 Objetivo específico

O objetivo específico deste trabalho é mostrar os materiais, equipamentos, máquinas,
processos e métodos para fabricar e montar uma estrutura metálica em obras de
engenharia civil.
20

3. MÉTODO DE TRABALHO

A metodologia utilizada para o desenvolvimento e realização deste trabalho foi por meio
das seguintes fontes descritas abaixo:

• Pesquisa bibliográfica em livros técnicos;

• Consulta em revistas técnicas;

• Utilização de catálogos técnicos de equipamentos e máquinas;

• Consulta de websites relacionados a estruturas metálicas;

• Registro fotográfico executado em fábrica de estrutura metálica e obra constituindo
material de apoio para desenvolvimento do trabalho;

• Visita em campo para obtenção de dados relevantes ao tema.

4. JUSTIFICATIVA

Este trabalho é importante porque o sistema de construção em aço esta sendo muito
utilizado na construção civil, devido a sua rapidez, maior organização e limpeza no
canteiro de obras e ainda ser um material reciclável.

Este trabalho servirá para mostrar a importância que tem a estrutura metálica na
construção civil e suas vantagens.

A abordagem deste tema deve-se à experiência obtida em 10 anos de trabalho exclusivo
com estruturas metálicas em diversas obras no Brasil.

5. ESTRUTURAS METÁLICAS

5.1 Histórico no Brasil

No passado, nossa construção civil em estrutura metálica dependia totalmente da
importação de perfis.

Podemos considerar que o início da produção nacional de perfis metálicos foi com o início
de nossa siderurgia.

Nossos primeiros passos no caminho do desenvolvimento da siderurgia iniciaram-se em
1934, quando o presidente Getulio Vargas transformou as riquezas de nosso subsolo em
patrimônio do Estado e passados alguns anos conseguiu junto ao Governo Americano
financiamento para a instalação da usina estatal em Volta Redonda, que inicialmente
tinha previsão de produzir 500.000 toneladas por ano (SANTOS, 1977).

Para se ter uma idéia de nossa situação, ao fim do ano de 1946 quando da inauguração
da CSN, a importação representava mais de 60% do mercado de aço no Brasil.

Conforme o referido autor, até 1956, por não apresentar grande desenvolvimento no
mercado de perfis médios e pesados, a CSN focava sua atenção na produção de trilhos e
acessórios que chegavam a alcançar 60% de sua capacidade. A partir do referido à
queda no consumo de trilhos provocou maior incentivo no consumo de perfis estruturais.

Com o passar do tempo o consumo de aço em perfis em nosso país chegou a tal ponto
que, ciente de sua responsabilidade como única fornecedora de perfis pesados, a CSN
em 1971 iniciou a política de importação como complemento de oferta de produção
própria de modo que, com a acentuação do desenvolvimento, em 1974 de um total de
192.000 toneladas vendidas de perfis a parcela de produtos importados representava
120.000 toneladas, segundo afirmou o mencionado autor.

De acordo com Santos (1977), com o desenvolvimento de nosso país aumentava também
a demanda de estruturas metálicas, com a instalação de novas indústrias, ampliação das
existentes, construções civis, vias urbanas elevadas e etc. Devido ao aumento dessa
demanda verificou-se o surgimento de outras usinas de grande porte como a COSIPA,
USIMINAS, CST, AÇOMINAS (Grupo GERDAU) e outras de menor representatividade.

Atualmente o Brasil é o maior produtor mundial de Minério de Ferro, contudo, é apenas o
oitavo maior produtor de aço. Este fato se deve ao pequeno uso do aço no dia-a-dia do
brasileiro, quando comparado com a utilização nos Estados Unidos e nos países da
Europa, segundo afirmou o mencionado autor.

5.2 Vantagens

Segundo Bellei (2006) são inúmeras as vantagens do aço aplicado na construção civil:

• A simplicidade e a praticidade da construção metálica garantem eficiência com
melhor utilização de insumos e mão-de-obra;

• A construção em aço proporciona menores prazos. É possível, por exemplo,
trabalhar na fundação e ao mesmo tempo, fabricar a estrutura. Além disso, a
montagem ocorre
de maneira organizada e rápida;

• A estrutura metálica se adapta com facilidade a outros materiais, o que permite
uma variada utilização de produtos no fechamento, cobertura e acabamento da
obra;

• As estruturas metálicas têm um potencial de reciclabilidade acima de 90%;

• A construção em aço permite uma maior organização no canteiro de obras e
melhor utilização do espaço disponível para a obra, evitando depósito
desnecessário de material da construção e entulho. Uma obra feita por meio de
24

materiais metálicos é sempre uma obra limpa, garantindo melhor segurança e
menor risco de acidentes de trabalho;

• A utilização do aço na construção permite uma fácil adaptação no caso de
reformas e ampliações. Proporciona também, no projeto, maior flexibilidade para
obtenção de espaços internos mais amplos como, por exemplo, no caso de
garagens;

• Devido a sua alta resistência mecânica, a estrutura em aço é muito leve, o que
permite menor custo de logística e de equipamentos de movimentação, assim
como redução de cargas de fundação;

• Toda obra em que se utiliza o aço é por definição, uma obra de projeto, ou seja,
todos os detalhes e as ligações da estrutura com o fechamento ou outros tenham
uma seqüência de montagem e fabricação já resolvida no papel, antes mesmo de
dar início à construção, evitando assim retrabalho e desperdício;

• Um projeto em aço é detalhado em milímetros. Isso garante uma precisão de níveis
e prumos, tornando mais fácil a montagem e assentamento de portas, janelas e
paredes;

• A garantia de qualidade do aço é resultado de um rigoroso controle dentro da usina
siderúrgica. Esse processo garante a qualidade do projeto e da obra;

• Um projeto, prazo curto, maior qualidade, flexibilidade e leveza do aço, tudo isso
garante uma boa economia na construção.

5.3 Materiais

5.3.1 Tipos de aço

5.3.1.1 O aço estrutural

O aço estrutural está presente na maioria das construções metálicas. As estruturas das
edificações são elementos de grande responsabilidade que exigem a confiança na
qualidade do material a ser utilizado (DIAS, 1998).

O aço estrutural tem como principal característica à resistência mecânica e uma
composição química definida. Proporciona boa soldabilidade e fácil corte. Todas essas
propriedades vão garantir ao projeto bem executado a segurança, solidez, estabilidade da
estrutura e a certeza da qualidade do material, sempre acompanhado rigidamente das
exigências arquitetônicas.

Isso vai garantir ao projetista o desempenho desejado quando o material estiver na obra.
Convêm lembrar que um bom projeto e uma execução bem feita resultarão em uma
manutenção igual ou inferior a outros materiais.

5.3.1.2 Aços-carbono

Os aços-carbono são os tipos mais usados, nos quais o aumento de resistência em
relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala, pelo manganês
(PFEIL e PFEIL, 2000). Eles contêm as seguintes porcentagens máximas de elementos
adicionais conforme Tabela 1.

Tabela 1 - Porcentagens máximas de elementos adicionais ao aço-carbono.
Carbono 1,7% Manganês 1,65%
Silício 0,60% Cobre 0,60%
Fonte: PFEIL e PFEIL (2000).

Em função do teor de carbono, distinguem-se quatro categorias conforme Tabela 2.

Tabela 2 – Quatro categorias de aços em função do teor de carbono.
Baixo carbono C < 0,15%
Moderado 0,15% < C < 0,29%
Médio Carbono 0,30% < C < 0,59%
Alto Carbono 0,6% < C < 1,7%
Fonte: PFEIL e PFEIL (2000).

O aumento de teor de carbono eleva a resistência do aço, porém diminui a sua
ductilidade.

Em estruturas usuais de aço, utilizam-se de preferência aços com teor de carbono baixo
até moderado, que podem ser soldados sem precauções especiais.

Os principais tipos de aço-carbono usados em estruturas, segundo os padrões da ASTM
e da norma DIN são os apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 – Propriedade mecânicas de aços-carbono.
Especificação Teor de carbono % Limite de Escoamento
fy (MPa)
Resistência à ruptura
fu (MPa)
ASTM A7 240 370 – 500
ASTM A36 0,25-0,29 250 400 – 500
DIN St37 0,17-0,20 240 370 – 450
ASTM A307 baixo - 415
ASTM A325 médio 635 (min.) 825 (min.)
ASTM A490 médio 895 1055
Fonte: PFEIL e PFEIL (2000).

O tipo A36 substituiu o A7, que foi o aço mais utilizado nos Estados Unidos até 1960.

Os aços ASTM A307 e A325 são utilizados em parafusos comuns e de alta resistência,
respectivamente.
27

5.3.1.3 Aços de baixa liga

Os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de elementos de liga, os quais que
melhoram algumas das propriedades mecânicas.

Os elementos de liga produzem aumento de resistência do aço por meio de modificação
da microestrutura para grãos finos. Graças a este fato, pode-se obter resistência elevada
com teor de carbono de ordem de 0,20%, o que permite a soldagem dos aços sem
preocupações especiais (PFEIL e PFEIL, 2000).

Na Tabela 4, está descrito alguns tipos de aços de baixa liga usados em estruturas.

Tabela 4 – Propriedade mecânicas de aços de baixa liga.
Especificação Principais elementos de liga Limite de escoamento
fy (MPa)
Resistência à ruptura
fu (MPa)
ASTM A242 C < 0,22% Mn < 1,25% 290 – 350 435 – 480
DIN St52 C < 0,20% Mn < 1,5% 360 520 - 620
USI-SAC-350 C < 0,18% Mn < 1,4% 303 - 373 490 - 608
Fonte: PFEIL e PFEIL (2000).

A Usiminas fabrica aços da série USI-SAC, que são aços de baixa liga, de altas e médias
resistências mecânicas, soldáveis e com características de elevada resistência
atmosférica. A Companhia Siderúrgica Nacional e a Cosipa também fabricam com estas
características sob denominações NIOCOR e COS-AR-COR, respectivamente.

5.3.1.4 Aços com tratamento térmico

Tantos os aços carbono quanto os de baixa liga podem ter suas características
aumentadas pelo tratamento térmico. A soldagem dos aços tratados termicamente é,
entretanto, mais fácil, o que torna seu emprego pouco usual em estruturas correntes
(PFEIL e PFEIL, 2000).

Os parafusos de alta resistência utilizados como conectores são fabricados com aço de
médio carbono sujeito a tratamento térmico – especificação ASTM A325.

Os aços de baixa liga com tratamento térmico são empregados na fabricação de barras
de aço para protensão e também de parafusos de alta resistência - especificação ASTM
A490.

5.3.1.5 Padronização ABNT

Segundo a especificação NBR 7007 (ABNT, 2002), os aços podem ser enquadrados nas
seguintes categorias descritas na Tabela 5, designadas a partir do limite de escoamento
do aço fy.

Tabela 5 – Propriedade mecânicas de aços de baixa liga.
Especificação Característica Limite de escoamento
fy (MPa)
Resistência à ruptura
fu (MPa)
MR 250 Aço de média resistência 250 400
AR 290 Aço de alta resistência 290 415
AR 345 Aço de alta resistência 345 450
A 572 g50 Aço de alta resistência 345 450
AR-COR-345-A ou B Aço de alta resistência 345 485
COR 500 Aço de alta resistência 370 500
Fonte: PFEIL e PFEIL (2000).

5.3.2 Tipos de perfis

5.3.2.1 Perfis laminados de abas paralelas

Segundo Dias (1998) os perfis laminados seguem o mesmo processo de fabricação
utilizado para produtos laminados planos, com os blocos ou tarugos provenientes do
lingotamento contínuo entrando diretamente para a linha de laminação de perfis. São
produzidos por meio de deformação mecânica a quente, com seções transversais nos
formatos “I” e “H”, obtidos pelo sistema universal de laminação.
29

Figura 1 - Esquema do laminador
universal.
Fonte: Dias (1998).

Os perfis laminados pela Açominas são fornecidos em bitolas de 6 a 24 polegadas ou de
150 a 600 mm, nas especificações ASTM A36, com média resistência mecânica (250
MPa); ASTM A-572, Grau 50, com alta resistência mecânica (350 MPa) e ASTM A-588,
Grau K, com alta resistência mecânica e alta resistência à corrosão (350 MPa).

5.3.2.2 Perfis laminados padrão americano

A oferta de perfis laminados estruturais de padrão americano fabricados no pais é
bastante restrita, uma vez que os principais fornecedores desses produtos como a CSN e
a COFAVI, por razões distintas, deixaram de produzí-los.

Segundo Dias (1998) a CSN já não os fabrica desde novembro de 1995. Além disso, os
perfis laminados de padrão americano de abas inclinadas apresentam também limitações
quanto à disponibilidade de tipos e a variedade de tamanhos nominais.

Atualmente, esses perfis podem ser encontrados no mercado nacional, disponíveis em
aço ASTM A36, com média resistência mecânica (250 MPa) e em aço ASTM A588, com
30

alta resistência mecânica e a corrosão (345 MPa), nos comprimentos de 6.000 e 12.000
mm, fabricados pela Belgo Mineira e pela Gerdau (DIAS, 1998).

São utilizados em estruturas de pequeno porte, por exemplo, em vigas solicitadas
somente por momentos fletores, em terças e travessas de tapamento, em barras de
treliças e na composição de perfis.

5.3.2.3 Perfis soldados

Dias (1998) cita que os perfis estruturais soldados são aqueles obtidos pelo corte,
composição e soldagem de chapas planas de aço, permitindo grande variedade de
formas e dimensões de seções.

Os perfis soldados para uso estrutural não devem ser executados com chapas
provenientes de bobinas, pois por ocasião de soldagem dos perfis, devido ao
conseqüente aquecimento, as chapas tendem a retornar à sua posição deformada na
bobina, ocasionando problemas de qualidade à peça.

A fabricação de perfis soldados depende do tipo de equipamento de cada fabricante,
podendo ir do artesanal ou convencional ao processo industrializado, obedecendo a
norma NBR 5884 (ABNT, 2005).

Podem ser fabricados com aço carbono – especificação ASTM A36 ou NBR 6648 (ABNT,
1984), aço de baixa liga e alta resistência mecânica – especificação ASTM A572 ou NBR
5000 (ABNT, 1981), aço de baixa liga A-242 ou ASTM A588 ou NBR 5008 (ABNT, 1997).

Os perfis soldados são classificados em séries, de acordos com a utilização na estrutura
(BELLEI, 2006).

A seguir os perfis das séries empregadas em edificações:

• Série VS: compreende os perfis soldados para vigas, em que 2 < d/bf < 4;
31

• Série CVS: compreende os perfis soldados para vigas e colunas, em que 1 < d/bf <
1,5;

• Série CS: compreende os perfis soldados para colunas, em que d/bf < 1.

Figura 2 – Perfil Soldado.
Fonte: Bellei (2006).

5.3.2.4 Perfis eletrosoldados

Perfis eletrosoldados são perfis fabricados a partir de bobinas de aço pelo processo de
soldagem por resistência elétrica, também conhecida por eletrofusão. A união de duas
abas ou flanges e uma alma por esse processo – de acordo com as especificações ASTM
A769 / A769M e JIS G3353 e as tolerâncias da norma NBR 5884 (ABNT, 2005) deu
origem aos perfis “Usilight” fabricados pela Usiminas Mecânica. São produzidos na faixa
de 100 a 500 mm de altura, com espessuras de alma variando de 3,0 a 9,5 mm, largura
das mesas, de 80 a 300 mm e espessura das mesas, de 3,0 a 12,5 mm.

Trata-se do processo de fabricação continua de perfis de aço com emprego de sistema de
eletrosolda por alta freqüência, que se baseia no uso da corrente elétrica com freqüência
de 400.000 Hz que flui pela superfície metálica a uma profundidade não superior a 0,8
mm, gerando uma potência de alta densidade nas superfícies a serem soldadas. A união
32

eletrosoldada se caracteriza pela ausência do crescimento de grão, tão característico nos
processos de solda por fusão.

No processo de alta freqüência, não há a introdução e deposição de um outro material,
uma vez que a união das partes ocorre por caldeamento.

Inerente ao processo de solda por alta resistência, por efeito da pressão dos rolos de
compressão, origina-se, na zona de união entre a alma e as abas, um produto derivado
do excesso de material, denominado “splash” de solda. Apresentando-se na forma de
pequenas rebarbas, o “splash” é um produto em excesso, resultante da penetração que
ocorre após a compressão.

Dependendo da matéria-prima utilizada, a sua aparência poderá se apresentar com maior
ou menor irregularidade, não acarretando, entretanto problemas de corrosão localizada ou
corrosão por espaço confinado. O processo contínuo de soldagem por resistência elétrica
apresenta alta produtividade, permitindo soldar a uma velocidade superior a 30 metros por
minuto.

5.3.2.5 Perfis formados a frio

Segundo Dias (1998) são perfis obtidos pelo processo de dobramento a frio de chapas de
aço, de acordo com a NBR 6355 (ABNT, 2003). Embora possuam dimensões
padronizadas, podem ser produzidos pelos fabricantes de acordo com a forma e o
tamanho solicitados, guardadas as limitações dimensionais das linhas e processos.

O perfil formado ou dobrado é o perfil obtido por conformação a frio de produtos planos,
como chapas e tiras.

As chapas podem ser formadas ou dobradas tanto por dobradeiras quanto por
perfiladeiras.

Enquanto as dobradeiras trabalham com comprimentos de 3.000 a 6.000 mm, com
capacidade de dobrar chapas até 12,5 mm de espessura, as perfiladeiras podem produzir
perfis de qualquer comprimento, estando limitadas a perfis mais leves, por trabalhar com
chapas mais finas.

Em geral, esse tipo de equipamento opera com espessura máxima de 3 mm e com
dimensões máximas dos perfis de 50 x 150 x 50 mm, para perfis enrijecidos.

De modo geral, são recomendados para construções leves, sendo utilizados em
elementos estruturais, como barras de treliças, terças, etc..

5.3.3 Parafusos

5.3.3.1 Especificação geral

Os parafusos são usados como elementos de união entre partes de estruturas em aço.
Foram empregados com o intuito de substituir as ligações unidas com rebites, que foram
usadas no Brasil até 1969 (DIAS, 1998).

Figura 3 – Parafuso.
Fonte: Dias (1998).

5.3.3.2 Principais vantagens e desvantagens

Bellei (2006) citas que as principais vantagens são:
34

• Rapidez nas ligações de campo;

• Economia em relação ao consumo de energia;

• Não necessidade de mão-de-obra extremamente qualificada para execução de
montagem e melhor resposta às tensões de fadiga.

Bellei (2006) citas que as principais desvantagens são:

• Necessidade de verificação de área liquida e esmagamento das peças;

• Necessidade de previsão antecipada para evitar a falta de parafusos na obra e em
alguns casos,

• Necessidade de pré-montagem da peça para a união perfeita na obra.

5.3.3.3 Parafusos comuns ASTM A307

São feitos em aço carbono designado ASTM A307. Este tipo de parafuso apresenta baixo
custo, contudo, não necessariamente origina conexões mais econômicas, devido a sua
baixa resistência. Este tipo de parafuso é empregado em estruturas leves, membros
secundários, e de um modo geral, em conexões em que as cargas tenham menos
intensidade e sejam de natureza estática (BELLEI, 2006).

5.3.3.4 Parafusos de alta resistência

Os principais tipos de parafusos empregados nas ligações são: comuns tipo ASTM A307;
de Alta Resistência tipo fricção e esmagamento nas especificações ASTM A325 e A490.
Estes parafusos substituem os rebites e têm resistência superior, tanto a tração quanto a
cisalhamento, com vantagem de se usar apenas dois homens para instalá-lo, quando na
35

instalação de rebites seriam necessários quatro homens. São utilizados quando existem
grandes cargas nas peças a serem ligadas e nas ligações principais das estruturas
sujeitas a cargas dinâmicas (BELLEI, 2006).

O AISC e a NBR 8800 (ABNT, 2008) estabelecem como premissa para o uso de
parafusos de alta resistência ou soldas, os seguintes casos:

• Emendas de pilares nas estruturas com mais de 60 metros de altura;

• Emendas de pilares, nas estruturas com altura entre 30 e 60 metros, caso a menor
dimensão horizontal seja inferior a 40% da altura;

• Ligações de vigas e treliças das quais depende o sistema de contraventamento;

• Ligações de vigas e treliças com pilares e emendas de pilares nas estruturas com
mais de 30 metros de altura;

• Ligações e emendas de treliças de cobertura, ligações de treliças com pilares,
emendas de pilares, ligações de contraventamento de pilares, ligações de mãos
francesas ou mísulas usadas para reforço de pórticos, ligações de peças-suportes
de pontes rolantes, nas estruturas com pontes rolantes de capacidade superior a
50 KN;

• Emendas de pilares, nas estruturas com menos de 30 metros de altura, caso a
menor dimensão horizontal seja inferior a 25% da altura;

• Ligações de peças-suportes de máquinas, ou peças sujeitas a impacto de cargas
cíclicas;

• Qualquer outra ligação que for especificada no desenho da estrutura.

Os parafusos A325 são fabricados com aço de médio ou baixo carbono tratados
termicamente, tendo o limite de escoamento da ordem de 56 e 65 KN/cm² dependendo do
diâmetro.

Os parafusos A490 são feitos com aço de baixa liga, tratados termicamente, tendo seu
limite de escoamento da ordem de 80 a 90 KN/cm² dependendo do diâmetro (BELLEI,
2006).

Quando da montagem, os parafusos de alta resistência são apertados de tal maneira, que
desenvolvem uma alta tensão de tração, tendo como resultado uma apreciável força de
atrito na junta. Juntas contendo este tipo de parafuso são projetadas como tipo “fricção”
ou como tipo “esmagamento”.

O tipo “fricção” é assim denominado por seu alto fator de segurança ao deslizamento e
por ser mais adequado onde agem tensões reversas ou carregamentos cíclicos. O alto
fator de segurança prevê boa resistência à fadiga.

O tipo “esmagamento” é somente empregado em conexões onde não é considerada
crítica a incidência ocasional de deslizamento por sobrecarga, que leve o parafuso a
entrar em contato com a parede do furo. Em um carregamento subseqüente a tensão é
transferida por fricção combinada com esmagamento.

Bellei (2006) cita que a instalação desses parafusos pode ser feita com chaves de torque
calibrada, ou comumente pelo método de giro da porca. Os parafusos A325 e A490 se
dividem da seguinte forma:

• A325-F e A490-F = Tipo Fricção;

• A325-N e A490-N = Tipo Esmagamento com rosca no plano de cisalhamento;

• A325-N e A490-N = Tipo Esmagamento com rosca fora do plano de cisalhamento.

Figura 4 - Chaves Manuais, Chaves de Braço e Chave Pneumática.
Fonte: Dias (1998).

5.3.4 Soldas

5.3.4.1 Principais vantagens e desvantagens

Segundo Bellei (2006) atualmente é possível se fazer uso de todas as vantagens que a
solda oferece, com eliminação praticamente total dos antigos temores com relação à
fissura e fadiga. Nos itens seguintes, serão indicados as principais vantagens e
desvantagens no uso das soldas.

? Vantagens:

i. A primeira grande vantagem está na economia do material, porque o uso de
soldagem permite o aproveitamento total do material (área líquida = área bruta).
As estruturas soldadas permitem eliminar uma grande percentagem de chapas de
ligação em relação às estruturas parafusadas. Em algumas estruturas de pontes
ou treliças é possível economizar 15% ou mais de peso do aço.

ii. Estas são mais rígidas, porque os membros normalmente estão soldados
diretamente um ao outro, ao contrário das ligações parafusadas, invariavelmente
38

feitas através de chapas de ligação ou cantoneiras. Por outro lado, a maior rigidez
pode ser uma desvantagem onde há necessidade de conexões simples com
pouca resistência a momento. Cabe ao calculista especificar com cuidado o tipo
de junta mais adequada.

iii. Facilidade de se realizar modificações nos desenhos das peças e corrigir erros
durante a montagem a um custo menor do que as parafusadas.

iv. O uso de uma quantidade menor de peças e, como resultado, menor tempo de
detalhe, fabricação e montagem.

? Desvantagens:

i. Uma desvantagem das estruturas soldadas de grandes extensões é a redução
que sofre no comprimento devido aos efeitos acumulativos de retração.

ii. Energia elétrica insuficiente no local de montagem, o que exigiria a colocação de
geradores para acionar as máquinas de solda.

iii. Exige maior análise de fadiga do que as estruturas parafusadas, podendo, em
muitos casos, reduzir as tensões admissíveis a níveis muito baixos.

5.3.4.2 Classificação dos tipos de soldas

Com referência à posição, as soldas se classificam em: planas, horizontais, verticais e
sobre cabeça.
39

Figura 5 – Localização dos elementos no símbolo de soldagem.
Fonte: Bellei (2006)

Quanto ao tipo, as soldas podem ser de: filete, entalhe ou chanfro, ranhura e tampão.

A mais usada é a solda de filete. Para cargas de pouca intensidade é a mais econômica,
devido a pouca preparação do material. Para cargas de maior intensidade, as soldas de
entalhe, de penetração parcial ou total, são as mais aconselháveis por possuírem
resistências bastante elevadas com menor volume de solda, sendo, no caso de
penetração total, superior ao do metal-base, desde que o metal de solda seja compatível.
O uso de solda de ranhura ou tampão está limitado a casos especiais, onde as soldas de
filete ou entalhe não são práticas (BELLEI, 2006).

Figura 6 – Símbolos básicos de sodas - 1.
Fonte: Bellei (2006)

Figura 7 – Símbolos básicos de sodas - 2.
Fonte: Bellei (2006)

5.3.5 Conexões

5.3.5.1 Conexões flexíveis e rígidas

Segundo Dias (1998) para entender o funcionamento de urna ligação, é preciso lembrar
que uma barra, submetida a carregamentos transversais externos, transporta estes
carregamentos para o apoio por meio de esforços solicitantes internos. São eles o
momento fletor e a força cortante. No caso de barras submetidas a esforço externo axial,
surgirá também o esforço solicitante interno, força normal, que poderá ser de compressão
ou de tração. Simplificadamente, admitir-se-á que o binário que compõe o momento fletor
atue somente nas mesas da viga.

Figura 8 – Forças atuantes.
Fonte: Dias (1998)
41

Ao se projetar uma conexão, deve-se decidir se será rígida ou flexível.

A ligação rígida é aquela em que não ocorre rotação relativa das peças conectadas, ao
passo que na ligação flexível esta rotação é permitida.

No mundo real não há ligações totalmente rígidas ou totalmente flexíveis, porém via
análise numérica e experimental pode-se determinar o grau de rigidez de cada tipo de
ligação, ou seja, o valor do ângulo de rotação entre as partes conectadas, e agrupá-las
em ligações "mais rígidas" e ligações "menos rígidas".

Assim, a conexão rígida deve ser projetada de tal forma que garanta a manutenção do
ângulo original entre os eixos das barras conectadas, ou
seja, deve garantir a transmissão
das forças (longitudinais) nas mesas que compõem o momento fletor, de uma barra à
outra. Além disso, deve ter a capacidade de transmitir as reações de apoio associado à
força cortante e à força normal. As conexões flexíveis devem garantir apenas que as
reações de apoio associadas à força cortante e à força normal sejam transmitidas à peça
de apoio e permitir a rotação de uma peça em relação à outra (DIAS, 1998).

5.3.5.2 Exemplos de conexões flexíveis

Figura 9 – Ligação da viga na alma do pilar flexível.
Fonte: Dias (1998)

As cantoneiras ligadas à alma da viga devem garantir a transmissão da reação de apoio
(força cortante) ao pilar e ter dimensões tais que impeçam a rotação da viga em torno do
seu próprio eixo, junto à ligação.

Figura 10 – Ligação da viga na mesa do pilar.
Fonte: Dias (1998)
Dias (1998) cita que as cantoneiras devem ser suficientemente flexíveis para permitir a
rotação da viga em relação ao pilar. A chapa de extremidade deve garantir a transmissão
da reação de apoio (força cortante) ao pilar. A chapa de extremidade deve ter dimensões
suficientes, para evitar a rotação da viga em relação ao seu próprio eixo e deve ser
suficientemente flexível, para permitir a rotação da viga em relação ao pilar.

Figura 11 – Rotação da viga em relação ao pilar.
Fonte: Dias (1998)

A cantoneira inferior deve garantir a transmissão da reação de apoio (força cortante) ao
pilar.
43

Figura 12 – Conexão com cantoneira.
Fonte: Dias (1998)

A cantoneira superior evita o deslocamento lateral e a rotação da viga em relação ao seu
próprio eixo e deve ser suficientemente flexível, para permitir a rotação da viga em
relação ao pilar.

? Nó de treliça: é a estrutura formada por barras, todas articuladas entre si, e submetida
somente a esforços nodais.

Deve-se garantir, portanto, que as ligações nodais sejam articuladas. Desta forma, todas
as barras deverão concorrer em somente um ponto, com a finalidade de teoricamente
impedir o aparecimento de momentos resistentes (DIAS, 1998).
44

Figura 13 – Conexão de nós de treliças.
Fonte: Dias (1998)

Figura 14 – Treliça de fachada.
Fonte: Dias (1998)

? Bases de Pilares: Para garantir a flexibilidade da ligação, deve-se reduzir o momento
resistente devido a binários. Assim, são aproximados ao máximo os chumbadores (barras
redondas rosqueadas) que servem de ligação entre os pilares e as fundações de
concreto.

Figura 15 – Placa de base articulada.
Fonte: Dias (1998)
45

5.3.5.3 Exemplos de conexões rígidas

Segundo Dias (1998) a força axial à mesa tracionada flete a chapa da extremidade, que
trabalha como se fosse uma viga biapoiada nos parafusos que a ligam ao pilar. Os
parafusos tracionados transmitem o esforço à mesa do pilar, impedida de fletir devido à
colocação da chapa superior que, por sua vez, transmite o esforço, por cortante, à alma
do pilar. A força axial à mesa comprimida é transmitida, por contato, diretamente à mesa
do pilar, que é impedida de fletir, devido à colocação da chapa inferior. Esta, por seu
turno, transmite o esforço, por cortante, à alma do pilar.

A reação de apoio associada à força cortante é transmitida ao pilar através dos parafusos
submetidos à força cortante.

Figura 16 – Conexão rígida viga – Pilar.
Fonte: Dias (1998)
46

Figura 17 – Ligações rígidas viga – Pilar.
Fonte: Dias (1998)

Figura 18 – Ligação nó de pórtico.
Fonte: Dias (1998)

Figura 19 – Base de Pilar Rígida.
Fonte: Dias (1998)

5.4 Projetos

5.4.1 O anteprojeto

Trata-se da primeira etapa da obra que se deseja realizar, normalmente esta etapa é
executada por arquitetos, projetistas ou engenheiros que tenham conhecimento no tipo de
obra a ser concebida.

Esta etapa consiste no levantamento da infra-estrutura que a obra necessitará.

Determinada as necessidades, é elaborado um memorial descritivo com o qual se inicia o
projeto.

5.4.2 O nascimento do projeto

É importante que o projeto de estrutura em aço comece a ser pensado com os conceitos
inerentes ao material. Também é relevante observar as possibilidades de padronização
das peças, pois como todo sistema industrializado, a repetitividade barateia o processo e
decidir se a estrutura fica aparente ou revestida, já que mostrar a plasticidade do aço
pode acarretar a necessidade de proteção contra corrosão e fogo (DIAS, 1998).

5.4.3 Projeto básico

Dias (1998) cita que o projeto de engenharia numa estrutura compreende a concepção
estrutural, onde são definidos:

• Os carregamentos;

• A discriminação dos tipos de perfis a serem utilizados com os comprimentos
correspondentes e as características de suas seções transversais;

• A caracterização teórica dos vínculos, que deverão corresponder à realidade física
da estrutura;

• O cálculo dos esforços atuantes nas seções e nos pontos mais importantes da
estrutura; o dimensionamento, o plano de cargas nas fundações e a estimativa
aproximada do consumo de aço.

Também deve ser levado em conta alguns conceitos básicos acerca da fabricação da
estrutura, como:

• Pensar sempre no transporte e manuseio das peças dentro e fora do campo fabril;

• Conhecer o processo de fabricação, saber como serão executados os processos
de furação, solda, galvanização e etc;
49

• Conhecer a organização da fábrica de estruturas, bem como os equipamentos
disponíveis, suas funções, capacidades e limitações.

Ao final, são elaborados desenhos de acordo com o nível desejado de projeto com
representação da definição estrutural por meio de desenhos unifilares. O Projeto de
Engenharia é confiado aos escritórios de engenharia de estruturas especializados em
estruturas metálicas.

5.4.4 Desenhos de fabricação

De posse do projeto básico, e após um planejamento adequado, é iniciado o
detalhamento das peças e de suas ligações. Para maior confiabilidade, todo desenho de
detalhe é verificado por um projetista mais experiente antes de ser enviado para
aprovação ou fabricação. Nesta etapa, toda peça recebe uma determinada marca, que vai
aparecer também no diagrama de montagem, para que possa ser identificada na
montagem final (DIAS, 1998).

O desenho de fabricação tem por finalidade maximizar partes da estrutura a fim de
facilitar a visualização e por conseqüência a fabricação da peça desenhada. Este também
é chamado de “desenho de detalhe”.

O desenho de detalhe deve mostrar ao operário todas as informações para a fabricação
da peça, da forma mais econômica e correta possível. Deverão incluir a locação das
peças, tipo e diâmetro dos parafusos e soldas.

Atualmente, tanto na elaboração do “Projeto de Engenharia” quanto nos “Desenhos de
Fabricação” são utilizados Softwares que facilitam o trabalho do calculista e desenhista.

Toda a representação gráfica normalmente vem acumulada de medidas não-acumuladas
e acumuladas, critério adotado por muitos fabricantes para obter maior precisão de
marcação.
50

5.4.5 Diagramas de montagem

Segundo Dias (1998) os diagramas de montagem têm a finalidade de demonstrar a
posição das peças e partes individuais da estrutura para auxiliar no transporte e na
montagem. Para obter bons resultados no transporte e montagem da estrutura as peças
existentes devem ser marcadas de forma organizada, a fim de refletir as informações do
diagrama de montagem.

À medida que as peças vão sendo marcadas, elas são identificadas
nos diagramas de
montagem de tal maneira que seja possível localizar, com facilidade, o local de montagem
e como serão montadas. O montador faz seu planejamento baseado nestes desenhos,
que são enviados somente para o setor de montagem.

5.5 Processos de fabricação

As principais etapas de fabricação sofrem algumas variações de fabricante para
fabricante, as etapas primordiais estão abordadas nos tópicos seguintes.
5.5.1 Suprimento

Mediante dados estatísticos, o órgão responsável pelo setor de suprimento mantém um
estoque mínimo de materiais considerados padrão (BELLEI, 2006).

É elaborado listas de materiais preliminares em função dos desenhos de projeto,
permitindo providencias com antecedência a quantidade de material necessário, seja pela
verificação do estoque disponível, seja pela sua aquisição junto aos fornecedores.

São elaboradas com o mesmo objetivo as listas avançadas de perfis, para que a sua
fabricação ou aquisição antecipada não venha ocasionar nenhum atraso na fabricação
das peças estruturais.

Para materiais como parafusos, porcas, arruelas, tintas, eletrodos, arame para solda,
fluxos etc., deve-se manter estoque mínimo ou agilizar as compras.

Todos os materiais ao serem recebidos devem ser inspecionados de acordo com as
normas vigentes quanto a sua qualidade e tolerâncias. Os perfis laminados, chapas e
parafusos devem ser recebidos com os certificados respectivos das suas usinas.

5.5.2 Preparação

Bellei (2006) cita que a preparação para fabricação consiste em um planejamento,
programação e controle, executados na seguinte ordem:

• Ordem de fabricação: informações com definições para a oficina sobre quem,
quando, como e onde deverá se processar a fabricação em suas etapas;

• Fichas de controle: arquivo que informa a posição de cada elemento estrutural no
fluxograma de fabricação;

• Gabaritos e croquis: desenhos em escala natural executados em papel cartão, ou
sem escalas, que facilitam a execução das operações de oficina, agilizando os
processos e melhorando a garantia de qualidade;

• Planejamento: executado por equipes experientes, determinando os melhores
procedimentos de fabricação para os elementos estruturais, acompanhando sua
evolução na oficina e corrigindo os processos assim que necessário;

5.5.3 Desempeno e aplainamento

Os materiais laminados enviados pelas usinas nem sempre se encontram em condições
de serem utilizados na fabricação das peças estruturais, devido a deformações
apresentadas. Quando estas deformações são excessivas às toleradas, há necessidade
52

de um aquecimento controlado, desempeno mecânico ou aplainamento do material
(BELLEI, 2006).

5.5.4 Dobramento, calandragem e pré-deformação

Segundo Bellei (2006), o dobramento das peças pode ser realizado a frio ou a quente. Os
materiais que sofrerem dobramento a frio devem ser considerados a resistência do
material ao dobramento, ângulo e raio de dobramento, seção reta do material. Quando
houver necessidade da aplicação de calor ao material para execução de dobramento, a
temperatura não deverá ultrapassar os valores fornecidos pelos fabricantes ou por
normas técnicas vigentes.

No momento da calandragem devem ser consideradas as mesmas recomendações
adotadas no dobramento.

A pré-deformação é uma operação realizada com o objetivo de evitar a deformação,
provocada pelo aquecimento imposto a peça.

5.5.5 Cortes

Os cortes são executados a calor ou mecânico.

5.5.5.1 Corte a calor

No corte a calor podemos utilizar a chama oxi-GLP ou oxiacetileno, eletrodo de carvão ou
eletrodo de chanfro.

Os cortes executados por chama oxi-GLP e oxiacetileno têm praticamente as mesmas
características. Só pode ser cortado por estes materiais o ferro, o aço-carbono com até
0,7% de carbono e aços de liga pobre (BELLEI, 2006).

Figura 20 – Equipamento para corte a calor.

5.5.5.2 Cortes mecânicos

Os cortes mecânicos podem ser executados por tesouras, tesouras-guilhotinas e serras.

As tesouras são utilizadas em cortes de chapas de pequenas espessuras como calhas,
tubos de descidas, rufos, etc.

As tesouras-guilhotinas são utilizadas em cortes de chapas e pequenos perfis com
espessura máxima de 12,5 mm.

As serras são utilizadas em cortes de perfis em geral, apresentados bom acabamento nas
extremidades.

5.5.6 Usinagem

A usinagem só deve ser utilizada quando necessário, pois se trata de um processo caro
de fabricação. É utilizada quando exigem um perfeito contato entre duas peças como as
bases de colunas, ligações a momento soldadas, enrijecimento de ligações, etc.

5.5.7 Furação

As especificações utilizadas para definição das ligações parafusadas são determinadas
na NBR 8800 (ABNT, 2008).

As furações podem ser executadas com broca ou punção. Nos casos da furação
puncionada, deve ser verificada a relação entre a capacidade do equipamento, espessura
da chapa, diâmetro do furo e folga entre punção e matriz.

Na furação para chumbadores de bases de colunas, pode-se utilizar broca, punção ou
ainda o corte por meio de oxi-GLP ou oxiacetileno (BELLEI, 2006).

Figura 21 – Equipamento para furação com broca.

5.5.8 Montagem e pré-montagem de oficina

Segundo Bellei (2006) a montagem de oficina deve ser executada de modo que as
dimensões e peças estejam de acordo com os desenhos de fabricação, dentro das
tolerâncias previstas em normas vigentes.

A pré-montagem é realizada na oficina, objetivando a precisão para sua montagem em
campo. O seu uso evita a ocorrência de erros que seriam desastrosos para a montagem
de campo, como posicionamento correto de partes de um conjunto, verificação de
contraflechas, etc.

Figura 22 – Montagem na oficina.

5.5.9 Alargamento em conjunto

Durante a fabricação é feito o alargamento do conjunto que assegura a coincidência dos
furos em ligações, proporcionando maior rendimento na montagem de campo. Esta
operação é comum em estruturas de pontes ferroviárias e rodoviárias, silos com chapas
de desgaste, estruturas espaciais de grande porte, etc.

5.5.10 Parafusagem

A parafusagem das conexões estruturais na oficina é feita com chaves manuais ou de
impacto. Na maioria das conexões são utilizados parafusos ASTM A307. Estes parafusos
podem ser apertados a mão, com chaves manuais, girando o parafuso ou a porca até que
as partes conectadas estejam perfeitamente assentadas. O uso de chaves de impacto
operadas a ar comprimido é mais econômico.

Os parafusos de alta resistência ASTM A325 e A490 são bastante utilizados em conexões
com cargas altas ou sujeitos a esforços dinâmicos.

O aperto dos parafusos de alta resistência é efetuado com chaves de impacto com
controle de torque ou pelo método de aperto pela rotação da porca (BELLEI, 2006).

5.5.11 Soldagem

Todos os soldadores devem ser qualificados de acordo com as exigências das normas
vigentes.

Segundo Bellei (2006) o fabricante deve fornecer os procedimentos de soldagem,
indicando pelo menos os seguintes dados:

• Processo de soldagem (manual, arco-submerso, etc.);

• Tipo de junta e sua configuração;

• Especificação e espessura do material-base;

• Especificação e classe do material de deposição;

• Temperatura de pré-aquecimento (mínima);

• Temperatura entre passes (máxima);

• Número aproximado de passes;

• Parâmetros de soldagem (voltagem, amperagem, velocidade);

• Controle de material de solda.
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Figura 23 – Soldagem manual na oficina.

5.5.12 Contraflechas em vigas e treliças na oficina

Bellei (2006) cita que as contraflechas podem ser executadas das seguintes maneiras:

• Na preparação – executando o corte da alma com a curvatura desejada;

• Calor – aplicando calor na alma antes da fabricação do perfil

• Na pré-montagem – executando a montagem com a curvatura desejada;

• Em vigas laminadas – aplicando esforços mecânicos ou calor localizado utilizando
calandras, prensas, macacos ou maçaricos.

5.5.13 Controle de qualidade

O trabalho realizado dentro de uma fábrica de estruturas metálicas está sujeito a diversos
métodos de inspeção executados pelo próprio fabricante. A inspeção é executada por
funcionário qualificado e certificado para exercer a função e atuam em todas as fases do
processo de fabricação. Na maioria das obras o cliente pode contratar inspetores para
atuarem junto ao fabricante. Segundo Bellei (2006) em uma fábrica são realizadas
geralmente as seguintes inspeções:
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• Do aço – composição química, resistência mecânica e tolerâncias dimensionais
(certificação fornecida pelas usinas);

• Dos perfis soldados e das estruturas – tolerâncias dimensionais conforme padrões
especificados ou com variações mediante acordo;

• Da solda – exame visual, dimensões do cordão da solda, liquido penetrante, raio X
ou gama, ultra-som e magnaflux (partícula magnética);

5.5.14 Limpeza dos perfis

A limpeza é o processo pelo qual as peças passam antes de receber qualquer tratamento
de superfície. O processo de limpeza das peças visa à remoção de óleos, gorduras,
graxas, cascas de laminação e partes oxidadas. Segundo Bellei (2006) os processos de
limpeza mais empregados são os seguintes:

• Utilização de solventes – é feita com solventes isentos de óleos, aplicado sobre a
superfície, com panos;

• Desagregação natural – é deixar a estrutura exposta às intempéries por
determinado período, até que haja a formação abundante de ferrugem sob a casca
de laminação;

• Limpeza manual – mediante raspadeiras, escova manuais ou mecânicas,
lixadeiras, pistolas de agulhas, etc.;

• Limpeza mecânica – é adotado o mesmo processo da limpeza manual até que toda
a estrutura obtenha um brilho metálico;

• Limpeza com chamas – é aplicada uma chama de maçarico na superfície metálica.
Devido à diferença de dilatação, há desagregação da casca de laminação.
Finalmente é feito uma limpeza com escova mecânica.

• Limpeza com jato abrasivo (areia ou granalha) – este método é o mais utilizado e
de maior eficiência na preparação das superfícies para pintura. Para executar este
serviço, são utilizados equipamentos de jato,composto por reservatório de
abrasivo, acoplado a uma tubulação de ar comprimido e a um tubo flexível com um
bico na extremidade para a projeção do abrasivo na superfície metálica. É utilizado
também cabines de jato que executam a mesma função, tendo como vantagem o
reaproveitamento do material abrasivo.

• Decapagem – os processos de decapagem dependem do grau de limpeza
desejada. Para executar a decapagem são utilizados processos mecânicos ou
químicos. Os processos mecânicos já foram citados nos itens posteriores, e os
processos químicos são empregados com material ácido como ácido clorídrico,
ácido sulfúrico e ácido fosfórico. O processo consiste em submeter o material a
uma sucessão de banhos em tanques ou cubas, contendo ácido apropriado,
obtendo-se normalmente a seguinte seqüência de operações: desengraxamento,
decapagem e neutralização.

Figura 24 – Tanques de decapagem.

5.5.15 Proteção

5.5.15.1 Pintura

A pintura e toda a composição aplicada à superfície do aço têm a finalidade de protegê-la
contra corrosão causada pela exposição ao meio ambiente garantindo assim sua vida útil.

As estruturas que não recebem devidas proteções sofrerão danos por corrosão durante o
transporte, estocagem e montagem de campo, antes de sua utilização.

Usualmente as estruturas recebem de uma a duas demãos de tinta de fundo,
imediatamente após a sua limpeza, na oficina, e em seguida recebem as duas demãos de
tinta de acabamento.

Figura 25 – Sistema de pintura “air less” da Graco.

5.5.15.2 Galvanização ou zincagem

Segundo Bellei (2006) a galvanização funciona como um revestimento de grande
resistência a corrosão, em função das propriedades de proteção catódica do zinco.

A duração da proteção depende da espessura da camada de zinco depositada. Os
princípios básicos da zincagem por imersão permanecem praticamente inalterados desde
a sua introdução na indústria, consistindo do seguinte: tratamento prévio, fluxagem,
secagem em estufas, banho de zinco e resfriamento.
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Figura 26 – Peças estruturais após banho de zinco.

Figura 27 – Peças estruturais galvanizadas em estoque.

5.6 Processos de Montagem

Bellei (2006) cita que uma montagem bem elaborada necessita acima de tudo um bom
planejamento. As montagens de estruturas metálicas se caracterizam pela rapidez,
precisão, adaptabilidade e confiabilidade.

5.6.1 Principais etapas da montagem

5.6.1.1 Planejamento

Em todas as obras existem vários fatores que interferem na escolha do processo de
montagem. Em alguns casos esta escolha fica limitada ao alto custo, influindo assim na
elaboração do projeto, como é típico no caso de pontes.

Em diversos casos, deve-se haver um estudo para a melhor definição do processo de
montagem, levando em conta os equipamentos que serão utilizados, o acesso a obra, as
condições topográficas, locais e o prazo, para assim encontrar a solução mais viável e
econômica.

O plano de montagem deve merecer preparação cuidadosa e detalhada, de modo a
tornar-se realmente seguro, eficiente e econômico, para facilitar ao máximo de trabalhos
de campo, dentro dos limites de segurança, sem esquecer os custos adicionais que isso
possa implicar em função do tempo disponível.

O processo de montagem selecionado depende do prazo estabelecido e dos
equipamentos disponíveis.

Todas as considerações contidas no planejamento de montagem devem ser levadas ao
conhecimento dos montadores, para que se inicie o desenvolvimento das atividades.

Mesmo sob todas estas providencias, o canteiro de obras deve receber os diagramas de
montagem, listas de materiais em geral e outro documentos que sejam necessárias para
a correta execução da montagem de campo.

5.6.1.2 Estabilidade lateral

Segundo Bellei (2006) a estabilidade lateral das vigas, treliças e outros elementos devem
ser verificados quanto ao seu içamento.
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Caso as peças estejam instáveis para serem içadas, devem ser providos reforços ou
acrescentar alguma escora ou contraventamentos provisório.

Em montagem de edifícios industriais, a estabilidade longitudinal é feita com
contraventamentos verticais, entre colunas, que é sempre por onde se começa a
montagem conforme Figura 28. A estabilidade lateral é mantida no momento da
montagem dos contraventamentos no plano das terças ou no plano inferior das tesouras.

Figura 28 – Posição para início da montagem.
Fonte: Bellei (2006).

Quando houver colunas com grande altura devem ser utilizados contraventamentos ou
estais provisórios ancorados na base ou na própria estrutura até que sejam colocadas as
estruturas definitivas conforme Figura 29.

Figura 29 – Estais e contraventamentos provisórios.
Fonte: Bellei (2006).

Os estais provisórios