2 - Sistemas Estruturais - Madeira e Aço - Aço Estrutrural_Propriedades, Características dos Perfis e Desempenho(1)

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Curso de Arquitetura e Urbanismo
Sistemas Estruturais: Madeira e Aço | AIM0985
SISTEMAS ESTRUTURAIS:
MADEIRA E AÇO
Prof. Maílson Scherer, M.Sc
mailson.scherer@uniritter.edu.br
AÇO ESTRUTURAL: PROPRIEDADES, 
CARACTERÍSTICAS DOS PERFIS E 
DESEMPENHO
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2020/2
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2.1 O AÇO ESTRUTURAL
o O aço é uma liga metálica constituída fundamentalmente de ferro e carbono;
o Em sua composição, encontram-se alguns outros elementos residuais 
resultantes do processo de fabricação (enxofre, fósforo, etc..);
o A depender da necessidade, podem se adicionar propositalmente 
outros elementos, de modo a melhorar suas características mecânicas 
e desempenho. Exemplo:
Cobre: melhora a resistência à corrosão 
Cromo: utilizado em aços inoxidáveis
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o O carbono presente no aço altera significativamente o comportamento das peças de 
aço estrutural:
# Quanto mais carbono: maior resistência, porém mais frágil
# Quanto menos carbono: menor resistência, porém mais dúctil
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o O carbono presente no aço altera significativamente o comportamento das peças de 
aço estrutural:
# Quanto mais carbono: maior resistência, porém mais frágil
# Quanto menos carbono: menor resistência, porém mais dúctil
Ductilidade
A ductilidade é uma 
característica que garante 
que o material apresente 
grandes deformações
antes de ir à ruína.
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o Em sua composição química, os aços estruturais costumam 
apresentar carbono em um percentual máximo de 0,29%. 
o Um dos aços mais utilizados é o chamado aço A36, sendo
reconhecido pela NBR 8800:2008.
o Trata-se de um material que apresenta uma massa 
específica de, aproximadamente, 7850 kg/m³.
1m 1m
1m
7850kg!
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2.2 PERFIS DE AÇO ESTRUTURAL
o Os perfis estruturais de aços previstos pela NBR 8800:2008 mais utilizados na 
construção civil são classificados, segundo modo de obtenção, como perfis laminados
e perfis soldados.
Perfil Laminado Perfil Soldado
Filetes de solda
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2.2.1 Perfis laminados
o São obtidos pelo processo de transformação mecânica conhecido por laminação, o 
qual ocorre em temperaturas superiores a 1000°C.
Chapas Perfis I e H Barras redondas
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Chapas:
o Podem ser grossas (espessura igual ou superior a 4,75mm) 
ou finas (espessura inferior a 4,75mm);
o As chapas são usualmente identificadas por 
meio do símbolo CH, seguido da sua espessura.
Exemplo: CH16 (chapa com 16mm de espessura)
As chapas finas são utilizadas para o 
projeto de perfis de chapa dobrada, 
telhas, fôrmas, e portanto não fazem 
parte do escopo da disciplina.
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Espessura e massa usuais para chapas grossas comerciais
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Perfis de seção aberta:
o São produzidos atualmente no Brasil nos formatos:
# Perfil I de faces inclinadas 
# Perfil I e H e faces paralelas 
# Perfil U
# Perfil L (cantoneira)
Possuem a face interna das mesas inclinadas em relação à 
face externa. Tem por característica apresentar mesas com 
largura de 35% a 66% da altura total da peça.
O perfil I é especificado pelo seu símbolo (I), seguido da 
altura (d), em milímetros, e da massa por unidade de 
comprimento, em kg/m.
Exemplo: I 127 x 14,8
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Perfis de seção aberta:
o São produzidos atualmente no Brasil nos formatos:
# Perfil I de faces inclinadas 
# Perfil I e H e faces paralelas 
# Perfil U
# Perfil L (cantoneira)
Possuem a face interna das mesas paralela à face 
externa. Os perfis I apresentam altura maior em 
relação à largura da mesa. Os perfis H, por sua vez, 
apresentam altura e largura similares.
Estes perfis são identificados pelo símbolo (W), 
seguido da altura (d), em milímetros, e da massa por 
unidade de comprimento, em kg/m.
Exemplo: W 310 x 38,7
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Cervejaria Patagônia | Bariloche/Argentina
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Perfis de seção aberta:
o São produzidos atualmente no Brasil nos formatos:
# Perfil I de faces inclinadas 
# Perfil I e H e faces paralelas 
# Perfil U
# Perfil L (cantoneira)
Possuem altura que varia de 76,2mm a 381mm, sendo 
disponibilizados com diferentes larguras de mesa e 
espessuras.
O perfil U é especificado pelo seu símbolo (U), seguido da 
altura (d), em milímetros, e da massa por unidade de 
comprimento, em kg/m.
Exemplo: U 152,4 x 12,2
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Perfis de seção aberta:
o São produzidos atualmente no Brasil nos formatos:
# Perfil I de faces inclinadas 
# Perfil I e H e faces paralelas 
# Perfil U
# Perfil L (cantoneira)
As cantoneiras possuem abas iguais com 
dimensões que variam de 40mm a 100mm
As cantoneiras são especificadas pelo seu símbolo 
(L), seguido pelo comprimento das abas (b) e pela 
espessura (t), em milímetros.
Exemplo: L 72,5 x 6,35
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Barras redondas:
o São produzidas as barras redondas lisas e nervuradas;
o As barras redondas lisas são normalmente empregadas como
tirantes ou elementos de contraventamento, solicitadas
exclusivamente à tração;
o As barras redondas nervuradas são empregadas como armadura
para peças de concreto armado, já que suas nervuras garantem a 
aderência ao concreto. Essas, no entanto, são feitas com aço CA-50.
o Nos dois casos, as barras redondas costumam ser identificadas 
pelo símbolo (Φ) seguido do diâmetro da barra, em milímetros.
Exemplo: Φ25
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2.2.2 Perfis soldados
o São formados pela composição de dois ou mais perfis laminados unidos por meio 
de solda elétrica;
o São utilizados quando se faz necessário uma peça com dimensões maiores que as 
disponíveis nos perfis laminados.
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2.2.2 Perfis soldados
o Os perfis soldados são normalmente especificados por meio do símbolo (CS, VS, CVS
e VSM), seguido da altura da peça, em mm, e da massa por unidade de comprimento, 
em kg/m.
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CS (coluna soldada): Perfis duplamente simétricos, nos quais a largura da mesa é 
sempre igual à altura total da seção transversal. Apropriados para serem utilizados como 
barras de colunas submetidas predominantemente à compressão.
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VS (viga soldada): Perfis duplamente simétricos, nos quais a altura total é cerca de uma 
vez e meia a quatro vezes a largura da mesa. Apropriados para serem utilizados como 
barras de vigas submetidas à flexão.
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CVS (coluna-viga soldada): Perfis intermediários entre I e H, duplamente simétricos, 
apropriados para serem utilizados como pilares de pórticos sob ações vertical e lateral.
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VSM (vigas soldadas monossimétricas): Perfis I monossimétricas, cujas mesas 
possuem espessuras distintas, sendo apropriados para serem usados, por exemplo, em 
vigas mistas, nas quais a mesa superior liga-se à laje de concreto e tem pouca 
importância na resistência do conjunto.
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Catálogos técnicos de empresas
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2.3 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO AÇO ESTRUTURAL
o As características mecânicas do aço definem seu comportamento quando submetido a 
uma dada carga;
o Para fins de projeto estrutural é necessário 
conhecer propriedades que caracterizem a 
resistência e a deformabilidade do material;
o Essas propriedades, por sua vez,
são obtidas através de ensaios de 
corpos de prova do material.
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o A característica mecânica que expressa o quão deformável é o material é o seu 
Módulo de Elasticidade (E);
o O módulo de elasticidade expressa o grau de dificuldade que temos para deformar o 
material. Portanto, quanto maior o ‘E’, mais rígido o material.
EAÇO = 20.000 kN/cm² (ou 200.000 MPa)
o Comparando com outros materiais (valores aproximados)...
ECONCRETO = 2.500 kN/cm² 
EALUMÍNIO = 7.000 kN/cm²
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O Módulo de 
Elasticidade 
representa o quão 
inclinada é essa 
reta!
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o Uma segunda propriedade mecânica de interesse é a Tensão de Escoamento (fy);
o A Tensão de Escoamento representa um limite a partir do qual o material apresentará 
deformação irrecuperáveis (material atinge o patamar de escoamento).
o Para o aço A36:
fy = 25 kN/cm² (ou 250 MPa)
Para entender: 
1 kN = 100 kg
Portanto 25 kN/cm² equivale a 2500 kg/cm²
1cm
1cm
2500kg
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Região onde o 
material apresenta 
escoamento.
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o Uma terceira propriedade mecânica de interesse é a Tensão de Ruptura (fu);
o A Tensão de Ruptura a tensão que causará a ruptura do material. Para o aço A36:
fu = 40 kN/cm² (ou 400 MPa)
o O valor de fu pode chegar até 55 kN/cm². No entanto, sempre que 
necessário, utilizaremos o valor mais conservador.
Para entender: 
1 kN = 100 kg
Portanto 40 kN/cm² equivale a 4000 kg/cm²
1cm
1cm
4000kg
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EXERCÍCIO 2.1
Determinar a força de tração que causaria o escoamento e a força de tração que 
causaria a ruptura de uma cantoneira L 40,0 x 5,0. Utilizar como referência o catálogo de 
algum fabricante de perfis estruturais de aço.
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2.4 DESEMPENHO DE ESTRUTURAS EM AÇO
o Todas as estruturas devem apresentar um desempenho satisfatório ao longo de sua 
vida útil;
o Este desempenho não está apenas ligado à segurança contra a ruína, mas também 
ao atendimento às condições de conforto e às condições operacionais.
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2.4 DESEMPENHO DE ESTRUTURAS EM AÇO
o Todas as estruturas devem apresentar um desempenho satisfatório ao longo de sua 
vida útil;
o Este desempenho não está apenas ligado à segurança contra a ruína, mas também 
ao atendimento às condições de conforto e às condições operacionais.
... Garantir que a estrutura permaneça estável quando submetida ao conjunto de 
cargas previstas a aturem sobre a mesma ao longo de sua vida útil.
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2.4 DESEMPENHO DE ESTRUTURAS EM AÇO
o Todas as estruturas devem apresentar um desempenho satisfatório ao longo de sua 
vida útil;
o Este desempenho não está apenas ligado à segurança contra a ruína, mas também 
ao atendimento às condições de conforto e às condições operacionais.
... Garantir que os efeitos causados pelo carregamento não causem desconforto 
nem prejudiquem a durabilidade da estrutura ao longo de sua vida útil.
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Violação da segurança estrutural
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Deformações excessivas Abertura excessiva de fissuras
Violação das condições operacionais e de conforto
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Vigas e treliças de cobertura
devem possuir deslocamentos 
verticais máximos de L/250
Vigas e treliças de piso devem 
possuir deslocamentos verticais 
máximos de L/350
2.4.1 Limitação de deslocamentos
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Caso uma viga suporte pilares, seu deslocamento 
máximo não deve superar L/500
Por fim, caso exista parede de alvenaria 
solidarizada sobre ou sob a viga, o deslocamento 
vertical máximo não deve exceder 15mm, para 
evitar trincas na parede
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EXERCÍCIO 2.2
Determinar se os deslocamentos verticais apresentados pelas estruturas ilustradas 
abaixo, para os casos (a) e (b), atendem os valores limites.
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2.4.2 Ações a serem consideradas
o As ações que atuam sobre as estruturas são usualmente subdivididas em dois grandes 
grupos: ações permanentes e ações variáveis.
Carga decorrente do peso próprio dos 
elementos, revestimos e equipamentos fixo
Carga decorrente da utilização dos 
pisos dos ambientes; Ação do vento 
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Carga decorrente do peso próprio dos 
elementos, revestimos e equipamentos fixo
Carga decorrente da utilização dos 
pisos dos ambientes; Ação do vento 
Apresentam pouca variação de 
intensidade ao longo da vida útil 
da estrutura.
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Carga decorrente do peso próprio dos 
elementos, revestimos e equipamentos fixo
Carga decorrente da utilização dos 
pisos dos ambientes; Ação do vento 
Apresentam significativa variação 
de intensidade (e ocorrência) ao 
longo da vida útil da estrutura.
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Ações permanentes:
o São quantificadas através do peso de 
cada material que compõe a estrutura;
o O valores para fins de projeto são 
obtidos na NBR 6120:2019;
o Na falta de informações específicas
sobre algum material, pode-se consultar
os catálogos dos fabricantes.
Lembrar que, para o aço:
Massa específica = 7850 kg/m³
Peso específico = 78,5 kN/m³
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Ações variáveis:
o São quantificadas em função da utilização do
ambiente;
o O valores mínimos para fins de projeto são 
obtidos na NBR 6120:2019;
o Podem ser considerados valores maiores, se
necessário.
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Observações:
o Os valores apresentados nas tabelas anteriores, para cargas permanentes e variáveis, 
são um resumo da NBR 6120. Outros materiais e cargas de utilização podem ser 
obtidos consultando a própria norma;
o Sempre que em algum exercício for necessário utilizar valores específicos de carga, 
será indicado o catálogo ou a referência a ser utilizada;
o Em nossa disciplina não iremos calcular as cargas oriundas do vento. Sempre que 
algum exercício envolver a ação do vento, serão propostos valores aproximados.