Buscar

Bases para projeto estrutural na arquitetura by Yopanan Conrado

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 284 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 6, do total de 284 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 9, do total de 284 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

R233b 
07-0478 
Ilustrações 
AMD ESTÚDIO GRÁFICO 
CLÁUDIO ANDRADE DE MATTOS DIAS 
Capa: Milwuauk.ee Arts Museum 
WI - EUA-Arq. Santiago Calatrava 
Revisão 
SÉRGIO ANDRADE DE MATOS DIAS 
Projeto Editorial 
ZIGURATE EDITORA 
CIP-Brasil. Catalogação-na-Fonte 
Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ 
Rebello, Yopanan Conrado Pereira, 1949-
Bases para projeto estrutural na arquitetura / 
Yopanan Conrado Pereira Rebello.-
São Paulo: Zigurace Editora, 2007. 
Inclui bibliografia. 
ISBN 978-85-85570-07-1 
1. Teoria das estruturas. 
2. Engenharia de estruturas. 
1. Título. 
CDD: 624.01 
CDU: 624.1 
©COPYRIGHT de Yopaoan Conrado PereiraRebello 
@ COPYRIGHT desta edição - ahil/2007-Zi.gurate Editora e Comercial Ilda 
Todos os direitos de reprodução reservados. 
°SAS6S PARA l'Rg6TO 6STR.LA.TIA.RAL 
NA ARQJA.r 1 8™.RA 
~urme 
.b.tbITOIJl 
Zigurate Editora 
Aos operários, heróis da construção civil. 
Prefácio 
Quando fomos literalmente chamados de alunos, tivemos lá nossos mestres 
preferidos. Talvez os critérios de escolha de todos nós tenham sido bem 
parecidos. Lembro-me que exerciam um fascínio sobre mim os professores 
que nos apresentavam seus próprios caminhos do aprendizado - não tinham 
medo de se expor, não temiam a concorrência no futuro, nos seus métodos 
podíamos perceber muitas habilidades, muita competência e, porque não, 
também os desvios de rumo que não levavam a lugar nenhum, ou até mesmo 
os recun;os mnemônicos, que recuperavam a segurança perdida como por 
encanto. E, com admiração por aqueles homens de conhecimento, descobria 
os passos que levavam ao saber fazer. 
Generosas criaturas essas que expõem seus próprios métodos, que se 
expõem. O Yopanan é uma delas. 
Naquele folhear primeiro, que damos em um livro para saber se dirá algo, 
podemos sentir, neste trabalho do Yopanan, o cheiro familiar das nossas 
próprias anotações da matéria - não fosse extrapolar minhas atribuições e 
eu proporia que o verso das páginas fosse deixado em branco para as 
memórias do leitor. Caminhos simples do entendimento: tudo exposto com 
simplicidade e de forma tão direta. 
Bem aventurados os que conseguem nos fazer ver as coisas como simples 
coisas. É uma arte explicar os acontecimentos de forma tão singela. 
Edith de Oliveira 
Mestre e Doutora pela FAUUSP 
Prof'. de Projeto da FAUUSP e da PAU USJT 
Chefe do Departamento de Arquitetura da Figueiredo Ferraz 
Introdução 
A adoção, ou escolha, de determinado material e sistema estrutural para a 
constituição de um espaço envolve uma série de variáveis que vão desde 
questões muito concretas, como custos, mão-de-obra dispotúvel, e outras, 
até aquelas de difícil definição, tais como valores sociais, culturais e mesmo 
sensações e percepções pessoal. 
Assim, ao optar por uma solução estrutural, é de fundamental importância 
não se deixar influenciar por atitudes momentâneas e modismos mas sim 
levar em conta o seu melhor desempenho, utilizando parâmetros que tomem 
a solução escolhida consistente para que possa ser defendida perante outras 
propostas, mostrando ser adequada aos quesitos estabelecidos no projeto. 
Para conceber uma estrutura, deve-se procurar conciliar o sistema estrutural 
e o material para se atingir os principais objetivos exigidos pela edificação: 
resistência, estabilidade, estética e durabilidade. Para tanto~ é de capital 
importância dominar os princípios básicos do comportamento das estruturas 
e dos materiais. É necessário conhecer como as estruturas são carregadas 
e os esforços e as tensões oriundos desse carregamento. Esse conhecimênto 
mais aprofundado pode permitir a busca de novas soluções tanto de sistemas 
estruturais como de materiais. 
Não existem regras fixas para a adoção de um material, ou de um sistema 
estrutural. A economia, a estética, a rapidez de execução, a disponibilidade 
de mão-de-obra específica, entre outros, são fatores a considerar como 
critérios de análise da conveniência ou não de utilizar um determinado material 
e sistema estrutural. 
Este livro pressupõe que o leitor tenha conhecimentos básicos de estabilidade 
e resistência dos materiais. Se assim não for, sugerimos que antes consulte 
o livro deste mesmo autor denominado A Concepção Estrutural e a 
Arquitetura. 
Sumário 
INTRODUÇÃO 9 
PARTEI 
ESTRUTURAS DE AÇO 13 
CAPÍTULO l 
Um pouco de história 15 
CAPITULO 2 
Vantagens e desvantagens do uso de estruturas de aço 19 
CAPÍTULO 3 
Composição do material 25 
CAPÍTULO 4 
Produção do material 27 
CAPÍTULO 5 
Perfis estruturais 29 
CAPÍTULO 6 
Elementos de ligação 41 
CAPÍTULO 7 
Sistemas estruturais de aço 57 
CAPÍTULO 8 
Sistemas estruturais de aço mais usuais 93 
CAPÍTULO 9 
Edifícios de estruturas metálicas 99 
CAPÍTULO 10 
As estruturas metólicas e a ação de agentes externos 129 
CAPÍTULO 11 
Consumo médio de aço nas diversas aplicações 139 
PARTE li 
ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 141 
CAPÍTULO 1 
Um pouco de história do concreto armado 143 
CAPÍTULO 2 . 
Sistemas estruturais de concreto armado 151 
CAPÍTULO 3 
Critérios paro lançamento da estrutura sobre o projeto de arquitetura 201 
CAPÍTULO 4 
Estrutura de edifícios altos de concreto armado 207 
CAPÍTULO 5 
Execução e interpretação de plantas de fôrmas 211 
CAPÍTULO 6 
Execução e interpretação de plantes de armação 215 
CAPÍTULO 7 
Cuidados na execução e conseqüências dos erros 219 
CAPÍTULO 8 
Outros sistemas estruturais de concreto armado 223 
PARTE Ili 
ESTRUTURAS DE MADEIRA 229 
CAPÍTULO 1 
Um pouco de história 231 
CAPÍTULO 2 
Características biológicas da árvore 233 
CAPÍTULO 3 
Características físicas da madeira 235 
CAPÍTULO 4 
Defeitos da madeira 237 
CAPÍTULO 5 
Tipos de madeira para construção 239 
CAPÍTULO 6 
Processamento da madeira 241 
CAPÍTULO 7 
As bitolas comerciais e seus principais usos 243 
CAPÍTULO 8 
Madeiras transformadas e seus usos 247 
CAPÍTULO 9 
Sistemas estruturais de madeira 249 
CAPÍTULO 10 
Detalhes de ligações de madeira 263 
CAPÍTULO 11 
Coberturas de madeira 271 
CAPÍTULO 12 
Pisos de madeira 277 
CAPÍTULO 13 
Vedações de madeira 279 
CAPÍTULO 14 
Outros sistemas estruturais de madeira 283 
BIBLIOGRAFIA 285 
PARTE 1 
ESTRUTURAS DE AÇO ~. :-;;~~1{:~{~:iif 
#;~-... -~~:-.11~\/' 
CAPÍTULO 1 
Um pouco de história 
Os metais já eram utilizados há cerca de 4.000 a 5.000 anos a.e.. Sua 
descoberta provavelmente foi casual e deve ter-se originado a partir de um 
grande incêndio. O cobre, por se apresentar em estado nativo e ser muito 
dúctil, foi o primeiro metal a ser utilizado na fabricação de armas e 
ferramentas, em substituição à madeira e à pedra. 
Em seguida, surgem o ouro (também encontrado em estado nativo) e a 
prata, porém de uso restrito por apresentarem pequena resistência e dureza. 
Em seguida, iniciá-se a Idade do Ferro. O aço, porém, já era conhecido 
desde a antiguidade (egípcios, romanos e chineses). 
Foi durante a Idade Média que o estudo dos metais apresentou grande 
desenvolvimento, a partir de pesquisas feitas pelos alquimistas, que por isso 
são considerados responsáveis pela origem da Metalografia (estudo da 
estrutura e das propriedades físicas dos metais e seus agregados). 
É apenas no Séc. XIX que a ciência dos metais, entendida como método, 
passa a ser desenvolvida. Surge a Metalurgia, arte e ciência que estuda os 
metais e suas ligas a partir de seus minerais, de sua elaboração e de seu 
tratamento. 
Nessa época também, as sociedades vigentes alcançam. um estágio de 
desenvolvimento tecnológico, econômico e social, advindo da Revolução 
Industrial, que acaba por determinar certas necessidades, irrelevantes até 
então. As cidades crescem, os ajuntamentos humanos se tomam maiores e 
as edificações passam a ser solicitadas para outras necessidades além 
daquela de só abrigar um espaço. Os novos tempos exigem grandes espaços 
cobertos para mercados e estações de trens com locomotiva a vapor, onde 
há a necessidade de grande volume de ar. O progresso nas possibilidades de 
deslocamento cria a necessidade da construção de hangarespara dirigíveis 
ou aviões; a supressão dos obstáculos visuais (paredes e pilares) - para 
espaços de exposições, salas de espetáculos ou de esporte, estádios e igrejas 
- exige grandes vãos. 
É nesse momento que a utilização do metal na construção de estruturas se 
faz importante, principalmente por sua resistência. 
Surgem diferentes sistemas estruturais para a execução de edifícios com 
grandes vãos livres e grandes alturas que ampliam as possibilidades até 
então oferecidas pelo material. 
A boa resistência aos carregamentos e a incombustibilidade foram os 
principais critérios adotados para o emprego dos materiais ferrosos na 
execução de estruturas, em substituição à madeira. 
CAPÍTULO 1 - Um pouco de história 
O primeiro material siderúrgico utilizado em estruturas foi o ferro fundido. 
Em meados do século XVIII, é aplicado em um importante exemplo: a ponte 
Coalbroockdale, sobre o rio Severa, na Inglaterra, com 30 m de vão. 
Nesse período, são construídas diversas outras pontes usando sistemas 
estruturais em arcos e treliças. Seus componentes eram de ferro fundido, 
trabalhando principalmente a compressão. 
Destaca-se como uma das mais 
arrojadas ade Wearmouth (Inglaterra), 
em Dunderland, construída em 1796, 
usando uma estrutura em arco abatido, 
vencendo um vão de 70 m. 
A utilização de estruturas metálicas em edifícios increII!enta-se a partir da 
execução de cúpula de ferro fundido do Mercado do Trigo, em Paris ( 1. 802 ), 
uma reconstrução realizada após a destruição pelo fogo da cúpula original 
de madeira. 
Neste caso, como nas primeiras pontes 
metálicas, o método de construção é 
puramente empírico, sendo a cúpula 
metálica meramente a transposição em 
metal da estrutura anterior em madeira 
O final do século XIX caracteriza-se pela difusão do ferro fundido, do ferro 
laminado e do vidro como materiais construtivos. Passam a ser largamente 
utilizados nos edifícios públicos, como mercados, estações de trens, grandes 
estufas, passagens cobertas, galerias, e nos pavilhões das Exposições 
Universais. 
CAPÍTULO l - Um pouco de história 
Nestas, sobressai-se o Palácio de Cristal, de Joseph Paxton, para a Exposição 
Universal de Londres, em 1.851, projeto vencedor de um concurso 
principalmente em razão do seu processo construtivo. 
Paxton propôs um sistema de unidades 
moduladas pré-fabricadas e 
padronizadas. Foi o precursor da pré-
fabricação total em grande escala. 
Outro edifício importante voltado para exposições foi a Galeria das Máquinas, 
construído para a Exposição Universal de 1.889, em Paris. 
Sua estrutura, composta de pórticos em 
forma de treliça triarticulados, é 
considerada a maior expressão da 
metalurgia da época. 
O ferro laminado passa a ser mais utilizado a partir de meados do século 
XIX em substituição ao ferro fundido, dada a sua melhor adaptabilidade aos 
elementos a tração e a flexão. 
Como exemplo de sua utilização pode 
ser citada a Ponte Britannia (1.846), 
com vãos de 70 me 138 m, com 
estrutura de viga tubular com altura 
de 9,0 m dentro da qual passavam os 
trens. 
Apesar de conhecido desde a antiguidade, é apenas após 1.856, com a 
invenção pelo inglês Henry Bessemer de um forno apropriado, que o aço 
começa a ser produzido em escala industrial. 
A primeira utilização estrutural do aço acontece em 1.867, na Ponte Eades, 
sobre o rio Mississipi, em St Louis (EUA). A partir de então, o aço passa a 
substituir o ferro fundido e o ferro laminado nas estruturas. 
CAPÍTULO 2 
Vantagens e desvantagens cio uso de estruturas de aço 
A escollia do aço como material estrutural para determinado projeto deve 
ser embasada em critérios que o confirmem como o mais indicado. É bom 
lembrar que optar pelo aço apenas por simpatia, ou até, por curiosidade pelo 
material, pode levar a soluções muito desvantajosas e mesmo criar uma 
visão desfavorável do material. Para ajudar a embasar, adequadamente a 
opção pelo aço, são mostradas a seguir as vantagens e também as 
desvantagens do seu uso. 
A grande resistência a esforços talvez seja, a maior vantagem do aço. No 
entanto, como será visto mais adiante, essa propriedade pode em determinadas 
situações ser desfavorável. 
Para uma melhor visão de quanto o aço é resistente, observe-se a comparação 
com outros materiais estruturais convencionais apresentada a seguir: 
resistência à compressão: 
(J" aço = 1500 kg/cm2 
resistência õ tração: 
CT aço = 1500 kg/cm2 
O" concreto = 1 Okg/cm2 
O" madeiro = 90 lcg/cr.12 
(J" concreto = 100 kg/ cm2 
O" madeira = 85 kg/cm2 
Vê-se pelos valores acima que o aço, além de ser o mais resistente, apresenta 
uma característica muito interessante para as estruturas: resistências iguais 
à tração e à compressão. Como conseqüência de sua maior resistência, o 
aço pemrite peças estruturais com menores dimensões. 
A figura mostra a comparação 
entre as dimensões finais de 
uma estrutura convencional de 
viga e laje de concreto armado 
e de uma estrutura mista com 
viga metálica e laje em concreto 
armado. 
concreto , ~concreto 
1 / ~ , ~ 1.....,._ ,~,., • r .~,, j :-'" 1• M' ·. 5 
D'8 !~ 
.. T E !<l) 
~ --
'8" 
i~ aço 
espaçamento entre nervuras de 3 m e vão de 12 m 
Verifica-se que as vigas metálicas apresentam uma altura da ordem de 60% 
das vigas de concreto. Isso proporciona outras grandes vantagens para o 
projeto, tais como menor pé-direito, result.ando em menor área de acabamento. 
Além disso, a altura final do edifício fica menor: um edifício de estrutura 
mista de 20 andares chega a ter altura equivalente a um edifício de 19 
andares de estrutura de concreto, o que pode, em determinadas situações, 
viabilizar um edifício em termos de gabarito pennitido. 
CAPÍTULO 2 - Vantagens e desvantagens do uso de estruturas de aço 
. . 
Com menor dimensão dos elementos da estrutura, obtém-se menor peso 
próprio da estrutura, o que resulta em menor carga na fundação. 
Grosso modo, uma estrutura de aço pesa seis vezes menos que uma estrutura 
equivalente de concreto armado. A estrutura de aço, sendo bem mais leve, 
possibilita fundações mais econômicas ou mais adaptáveis a regiões em que 
o solo exija soluções mais complexas. 
Outra vantagem é que a solução estrutural com aço apresenta um resultado 
muito próximo entre o modelo teórico e o comportamento real. 
Um vínculo de aço projetado 
como articulado, poderá ser 
executado perfeitamente arti.cu-
lado, com relativa facilidade. 
vinculo articulado fixo 
No concreto armado moldado in loco, muitas vezes adota-se, no modelo 
teórico, um vínculo articulado que, quando da execução, afasta-se muito 
desta situação teórica, o que pode acarretar problemas de ordem econômica 
ou de comportà.rí1en:to estrutural inadequado. 
O concreto, pela maneira com que é produzido, uma mistura quase que 
aleatória de cimento, areia, pedra e água, não permite uma resposta precisa 
quanto às suas propriedades; o aço, no entanto, obtido industrialmente com 
alto controle de qualidade, é um material mais confiável quanto as suas 
propriedades, podendo ser aplicado com coeficientes de segurança mais 
baixos, o que obviamente resulta em economia. 
A concepção de uma estrutura metálica é revelada claramente depois de 
executada e pode ser facilmente entendida. O mesmo nem sempre ocorre 
em estruturas de concreto armado. A ligação entre uma viga e um pilar de 
concreto armado moldado in loco nunca é visível, logo uma análise visual 
não permite concluir se a ligação foi concebida ~orno articulada ou rígida. 
A estrutura metálica é um sistema pré-fabricado; no canteiro, ocorre apenas 
a sua montagem, que pode ser executada em lugares exíguos, necessitando 
apenas de espaço para a movimentação de gruas ou de guindastes e de um 
pequeno depósito. O canteiro de obra toma-se mais racional e pode ter 
dimensões mais reduzidas. 
CAPÍTULO 2 • Vantagens e desvantagens do us_o de estruturas de aço 
A questão da dimensão ou até mesmo da topografia desfavorável do canteiro 
de obra pode ser um fator decisivo para a opção pela estrutura metálica.A estrutura metálica, por ser pré-fabricada com componentes industrializados, 
pode ser fabricada e montada muito rapidamente. Uma estrutura de aço 
consome aproximadamente 60% do tempo necessário para a execução de 
uma estrutura equivalente de concreto armado. 
Ao contrário da estrutura de concreto armado, a estrutura metálica não 
necessita de tempo de cura. Assim, diversas atividades de construção, tais 
como fundações, podem ser executadas simultaneamente à fabricação da 
estrutura. 
Em virtude do sistema de industrialização, as dimensões das peças em uma 
estrutura de aço são muito precisas e podem ser expressas em milímetros. 
Erros de até 1 cm são plenamente aceitáveis em estruturas de concreto 
armado; em estruturas de aço não. 
Em razão de sua precisão, os elementos estruturais podem ser perfeitamente 
alinhados, nivelados e aprumados. 
As estruturas metálicas são tão precisas que podem servir de gabarito para 
a execução de outros componentes da edificação, tais como vedações e 
acabamentos, o que pode levar a uma economia de até 5% na aplicação 
desses materiais. 
Sabe-se que hoje o processo de urbanização é muito rápido: edifícios mudam 
de uso ou são demolidos para dar lugar a outras edificações. 
Com ligações parafusadas, as estruturas de aço podem ser facilmente 
desmontadas, e ser reutilizadas em outros lugares ou reaproveitadas na 
execução de novas edificações. Ainda que seus elementos não sejam 
reutilizados, o material - como sucata - pode ser reaproveitado na fabricação 
de aço novo. Pela mesma razão vista no item anterior, muitas edificações 
podem ter seu uso alterado, ao serem solicitadas por cargas maiores, ou 
mesmo pela exigência de uma nova composição estrutural, o que resulta na 
necessidade de um reforço estrutural. 
Por meio da soldagem de chapas ou perfis a vigas existentes, é possível 
reforçá-las com facilidade, pennitindo um aumento nas cargas ou seu 
lançamento sobre um vão maior. 
O mesmo pode ser pensado 
para os pilares. Esse aspecto 
torna-se de suma importância 
na recuperação de estruturas solda 
que sofreram sinistros. 
CAPÍTULO 2 - Vantagens e desvantagens do uso de estruturas de aço 
O aço é um material isotrópico, ou seja, possui as mesmas propriedades 
físicas em todas as direções. Por não apresentar planos de diferentes 
resistências, o material possibilita seu melhor aproveitamento. Para melhor 
entender esta vantagem, compare-se o aço à madeira. A madeira é um 
material fibroso, por isso apresenta propriedades muito diferentes, tais como 
resistência, deformação térmica, e outras, na direção das fibras ou 
perpendicularmente a elas. 
Desvantagens 
As estruturas metálicas, no nosso país, ainda apresentam um custo inicial 
mais elevado se comparadas com estruturas de concreto armado. 
No Brasil, a produção de aço ainda é baixa. Ou talvez deva-se dizer que a 
utilização do aço em estruturas ainda é pequena. Um e/ou outro desses dois 
aspectos acabam por determinar um custo mais elevado para o material. 
Essa situação provoca a ocor-
rência de um incômodo círcu-
lo vicioso. 
CUSTO 
() 
USO'-..__../' PRODUÇÃO 
Pode-se ver, pela figura, que um custo elevado pode ser originado pela baixa 
produção, que provoca alto custo de produção que, por sua vez, .gera pouco _ 
uso, o que sem dúvida implica novamente baixa produção, alimentando o 
círculo vicioso. 
Quem projeta pode, de alguma forma, interferir nesse círculo vicioso, 
propiciando o aumento do uso do material por meio da divulgação de 
informações honestas a clientes ou mesmo a outros profissionais. 
Há alguns outros fatores que geram essa desvantagem. 
No Brasil, as fontes de matérias-primas básicas - o ferro (minério) e o 
carvão (coque) - estão localizadas à grande distância das usinas siderúrgicas. 
O carvão mineral é encontrado em quantidades apreciáveis em Santa Catarina 
e o minério de ferro em Minas Gerais ou no norte do país. Condições 
geográficas que sem dúvida geram custos. Além disso, é necessária a 
importação de carvão mineral, pois a nossa proôução é de baixa qualidade e 
insuficiente para suprir a demanda da indústria siderúrgica nacional. Temos 
também um outro problema de caráter social especificamente nacional: 
infelizmente, a nossa mão-de-obra, em geral, não apresenta qualificação 
suficiente para um processo construtivo tecnologicamente mais desenvolvido. 
22 
CAPÍTULO 2 - Vantagens e desvontagens do uso de estruturos de aço 
O concreto armado, dadas as suas características de execução praticamente 
artesanais, não exige mão-de-obra especializada. 
Atua1mente, na construção civil o que se vê é a triste realidade de um exército 
de trabalhadores com baixa qualificação e má remuneração. 
A estrutura de aço, no entanto, necessita de mão-de-obra mais qualificada, 
conseqüentemente mais cara e também mais informada, o que nem sempre 
é bem visto pelos maus empregadores. 
O custo inicial de urna estrutura metálica de aço é maior que a de concreto 
armado, gira em tomo de 25% a 30% do custo total da obra, enquanto a de 
concreto armado consome aproximadamente 20%. No entanto o que importa 
é o custo final da obra e não apenas o de um item isolado. 
Apesar desses números, alguns fatores tais como a rapidez de execução, as 
fundações de menor porte, a precisão dos elementos estruturais, entre outros 
já mencionados, podem tomar o custo final de uma obra de aço até 15% 
menor que uma de concreto armado. 
A decisão de usar ou não a estrutura de aço em razão ao fator custo deve 
ser sempre embasada no custo final da obra. 
Um outro aspecto negativo que pode ser levantado para utilização do aço é 
a possibilidade de sua deterioração em contato com o meio ambiente. 
O aço enfenuja. A ferrugem, ou oxidação (Fe + O), constitui uma camada 
protetora mas facilmente removível, gerando portanto o processo de corrosão 
do material, ou seja, diminuição na espessura do elemento estrutural. 
A corrosão chega a consumir camadas que variam entre 4 microns por ano, 
em ambientes menos agressivos e mais secos, como Brasília, e 160-microns 
por ano, em ambientes úmidos e marinhos, como Praia Grande, em São 
Paulo. Para minimizar o problema, são fabricados aços especiais que, com 
adição de cobre, cromo ou níquel em sua liga, apresentam uma camada de 
oxidação irremovível denominada pátina. A pátina aumenta muito a resistência 
do aço à corrosão. 
No Brasil, são fabricados diversos tipos de aços resistentes à corrosão, que 
recebem diferentes denominações conforme o fabricante, tais como: aço 
CSN COR, fabricado pela CSN, COS AR COR e USI SAC, fabricados 
pela USIMINAS e CST COR fabricado pela CST, entre outros. 
Em virtude do seu processo de fabricação, esses aços apresentam um 
preço mais alto. 
Em situações menos drásticas, o aço comum também pode ser protegido 
por alguns processos como: 
a) pintura à base de pó de zinco; 
b) pintura contendo zarcão e óleo de linhaça; 
c) galvanização: 
CAPÍTULO 2 - Vantagens e desvantagens do uso de estruturas de aço 
- galvanização a fogo: processo que consiste na imersão da peça de aço em 
banho de zinco, criando uma camada de proteção da ordem de 15 microns 
de espessura. 
- galvanização eletrolítica: deposição de zinco sobre o aço pelo processo 
eletroquímico de eletrólise. 
As peças galvanizadas podem ser pintadas mas exigem tintas e procedimentos 
diferentes daqueles usados nos aços comuns. 
Outro problema sério nas estruturas metálicas é a sua resistência a altas 
temperaturas. O aço perde metade da resistência ao atingir temperaturas 
acima de 550ºC, situação em que pode ocorrer o colapso da estrutura. No 
entanto, o aço apresenta uma característica favorável frente ao fogo, cessada 
a sua exposição, o material recupera a resistência inicial. S6 recentemente 
foi aprovada a Norma que regula o projeto e o dimensionamento de estruturas 
de aço em situação de incêndio, a NBR 14432/2000. Mais adiante serão 
abordados alguns aspectos dessa Norma. 
Citada anteriormente como uma vantagem do aço sobre outros materiais, 
sua alta resistência produzpeças muito esbeltas, o que passa a representar 
um problema. Elementos muito esbeltos deixam o conjunto estrutural pouco 
estável (principalmente pelo efeito de flambagem nas peças comprimidas). 
Os colapsos de estruturas de aço por ruptura são muito raros; mais prováveis 
são as ruínas por perda de estabilidade. Para solucionar este problema, toma-
se necessário o aumento na seção da peça ou o uso de travamentos, 
procedimentos que levam ao aumento no peso da estrutura com conseqüente 
elevação de seu custo. O problema pode ser contornado pela elaboração de 
um bom projeto em que, pela escolha de seções estruturais com maior inércia, 
seja concebido um conjunto mais rígido, sem aumento no consumo de 
material. 
Uma outra grande vantagem na utilização do aço que pode se tomar um 
grande problema é justamente a questão da velocidade de execução da 
estrutura. Sendo mais veloz a execução, mais rápida será a necessidade de 
desembolso. Nem todo cliente está preparado para desembolsar 25% a 30% 
do custo da obra em curtíssimo prazo. É importante que ele seja avisado 
dessa situação. 
Disponibilidade de financiamentos é uma possibilidade de solução para este 
problema, mas infelizmente essa alternativa acaba gerando elevação dos 
custos, pelos altos juros cobrados. 
24 
CAPÍTULO 3 
Composição do material 
O aço é uma liga metálica constituída fundamentalmente de ferro e carbono. 
Além desses dois elementos, dependendo do tipo de aço que se quer obter, 
são adicionados outros elementos tais como: manganês, silício, fósforo, 
enxofre, alunúnio, cobre, níquel, nióbio, entre outros, que modificam as 
propriedades físicas da liga, como resistência mecânica, resistência à 
corrosão, ductilidade e muitas outras. 
Alguns elementos que fazem parte da matéria-prima utilizada permanecem 
na liga e sua retirada é economicamente inviável. São as denominadas 
impurezas, cujas quantidades não chegam a afetar o desempenho do material. 
Abaixo é mostrado o exemplo de uma liga: 
AÇO = Fe + C + Si + Mn + P + S { ... ) 
onde 
e:!: 0,22 % 
P < 0,045 % 
S < 0,055 % e 
0,4 % < Mn < 0,6% 
onde 
Fe (ferro) 
C (carbono) 
Si (silício) 
Mn [mangonês) 
P (fósforo) e 
S (enxofrel 
Para a obtenção de aços mais resistentes à corrosão são adicionadas 
quantidades determinadas de cobre; para aços inoxidáveis adiciona-se cromo; 
para aços resistentes a ácidos adiciona-se níquel, e assim por diante. 
A quantidade de carbono é de suma importância nas características mais 
relevantes do aço. 
Aços com porcentagem maior de carbono, são mais resistentes, mas em 
compensação tomam-se pouco dúcteis e muito quebradiços. 
Com menos carbono, sua resistência cai mas aumenta a ductilidade. 
A ductilidade é uma das características mais importantes dos materiais 
estruturais. 
Os materiais com boa ductilidade possibilitam a visualização de grandes 
deformações em peças estruturais submetidas a tensões muito elevadas, 
servindo então como aviso de que a ruptura pode acontecer, ou, em situações 
mais favoráveis, permitindo a redistribuição de esforços para elementos 
menos solicitados. 
25 
CAPÍTULO 3 - Composição do material 
No caso do aço, essa propriedade permite também a confecção de perfis 
de chapas planas dobradas, sem risco de trincas ou de ruptura nas linhas de 
dobra. 
No dimensionamento, a tensão de ruptura não é considerada como o limite 
de trabalho do aço mas sim a tensão de escoamento, pois a partir do momento 
em que o material atinge esse estágio tensional as deformações se tomam 
permanentes e indesejáveis. 
Como se sabe, a detenninação da tensão de escoamento do aço é feita por 
meio do ensaio de tensão X deformação. 
A figura a seguir mostra o gráfico resultante desse ensaio. 
a 
<Je = tensão de escoomento 
O escoamento é o fenômeno em que sem aumento de tensão ocorre uma 
grande deformação plástica. 
CAPÍTULO 4 
Produção do material 
As matérias-primas básicas para a produção do aço são: minério de ferro e 
carvão coque. A essas é adicionado o calcário, com a função específica de 
retirar impurezas. 
Antes do início da produção do aço, o carvão mineral é queimado na coqueria 
e transformado em blocos de tamanhos aproximadamente iguais 
denominados coque ou carvão coque. 
Como o ferro é raramente encontrado puro na natureza, usa-se o seu minério. 
Para transformar o minério em ferro é necessário sua queima. Para isso, 
quantidades pré-definidas de minério, coque e calcário são colocadas na 
parte superior de um forno especial denominado alto-forno. 
Na presença de calor esses materiais são fundidos, produzindo ferro e 
impurezas. 
O coque, em presença de um ar superaquecido introduzido sob pressão na 
parte inferior do forno, queima e forma um gás que remove os óxidos do 
minério de ferro. 
O calor da combustão liquefaz o calcário, que, combinando-se com as 
impurezas do minério de ferro, forma a escória ao mesmo tempo que funde 
o ferro contido no minério. A carga no forno torna-se progressivamente 
viscosa e líquida. 
A escória, por ser mais leve, flutua sobre o ferro em fusão, chamado nesse 
estágio de ferro-gusa ou gusa. Os dois componentes são separados: a escória 
é destinàda à produção de cimento e o ferro-gusa, despejado ainda líquido 
em um recipiente denominado carro torpedo. 
O ferro gusa possui alta porcentagem de carbono (3,5% a 4%) absorvido do 
coque, e não tem aplicação estrutural. 
Para transformar o gusa em aço é necessário reduzir a quantidade de carbono. 
Para isso, o ferro-gusa é misturado a aparas de aço (sucata) e calcário e 
conduzido a um forno em forma de barril. 
Oxigênio de alta pureza é introduzido no topo do forno a velocidade 
supersônica, num fluxo com duração aproximada de 20 minutos. Durante 
esse processo, temperaturas muito altas são atingidas, quando então é 
queimado o excesso de carbono e eliminadas as impurezas não absorvidas 
pelo calcário fundido. Após esse estágio, verifica-se em laboratório a 
composição do aço. 
Ao final, o aço é colocado em recipientes especiais (panelas) para a adição 
de outros elementos, tais como manganês, silício, vanádio, e outros, para a 
obtenção de características especiais. 
CAPÍTULO 4 - Produção do material 
Finalmente, o aço é despejado em moldes denominados lingoteiras, resultando 
em blocos de aço chamados lingotes. 
A partir daí, o aço passa pelo processo de laminação em que é transformado 
em perfis ou chapas. Antes da laminação, o lingote passa pelo forno-poço, 
onde sofre novo aquecimento para facilitar o processo. 
No Brasil, para fins estruturais, são fabricados vários tipos de aço, que podem 
ser conhecidos mediante consulta à Norma Brasileira NBR 8800/86. Entre 
eles são mais comuns os aços apresentados a seguir: 
- O Aço ASTM A-36, também conhecido como aço comum. É usado em 
perfis laminados, perfis de chapa dobrada e perfis de chapas soldadas_ 
- O aço ASTM A-500 - GA (grau A), usado na fabricação de tubos. 
- O aço ASTM A-570 - G33 (grau 33), usado na fabricação de perfis de 
chapa dobrada finos. 
- O aço SAE 1020, usado para chapas planas, perfis de chapa dobrada e 
barras redondas. 
São ainda fabricados aços especiais resistentes à corrosão, tais como: CSN 
COR 400 e 500 (CSN), COS AR COR 300 e 400, USI SAC 300 e 350 
(Usiminas), CST COR 400 e 500 (CST) entre outros. 
Recentemente foi introduzido no Brasil um novo tipo de aço resistente ao 
fogo, é o aço denominado USIFIRE, fabricado pela Usiminas. 
Os aços ainda recebem denominações adicionais, como grau, que identifica 
a composição química, e classe, que o qualifica quanto à resistência mecânica 
e ao acabamento superficial. 
CAPÍTULO 5 
Perfis estruturais 
Denomina-se perfil estrutural à barra obtida por diversos processos e que 
apresenta a forma da seção com determinadas características geométricas 
que o qualifica para absorver determinados esforços. 
A laminação do aço é feita a partir dos lingotes reaquecidos, que passam 
pelos laminadores-desbastadores, onde têm suas seções transversais 
alteradas e a estrutura molecular do aço trabalhada, para atingircaracterístiças físicas apropriadas. 
Como resultado dessa operação são obtidas placas ou tarugos de seção 
quadrada ou retangular. As placas são destinadas à fabricação de chapas e 
os tarugos à fabricação de perfis estruturais. 
Os tarugos são processados, 
sob pressão, em máquinas 
denorninadaslaminadores,em 
três fases: brota, intermediária 
e de acabamento. 
Ao final desse processo são obtidos os perfis com seções adequadas às 
solicitações estruturais. 
As chapas laminadas, por sua vez, podem resultar em qutros p~rfis por meio 
de seu dobramento ou da sua soldagem com outras chapas. 
Os perfis estruturais podem ser obtidos de três maneiras básicas: por 
laminação, por chapa dobrada e por chapas soldadas. 
Perfil laminado 
É aquele obtido a partir da laminação dos tarugos. Suas dimensões são 
padronizadas e limitadas. Normalmente é utilizado em obras de médio porte. 
Tem como vantagem a redução do trabalho de transformação da chapa, 
pois já vem pronto. Os principais perfis laminados fabricados no Brasil são: 
cantoneira, U, I e H. 
Perfil de chapa dobrada 
O perfil de chapa dobrada é obtido pelo dobramento de chapas a frio. 
Quando as chapas são finas, entre 1,5 mm a 5 mm, os perfis recebem a 
denominação de perfis leves. 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
Por serem muito esbeltos, exigem cuidados especiais na sua aplicação, tanto 
quanto à solicitação aos esforços como pela possibilidade de fácil deterioração; 
por isso, obedecem a uma norma específica, a NB 143. 
Os perfis mais pesados podem ser executados com chapas de até 25 mm de 
espessura. Neste caso, são exigidos raios de curvatura mínimos na dobragem 
para evitar fissuração ou alteração nas características do aço. 
Os perfis leves, os mais comuns, são utilizados em obras de pequeno porte 
ou em elementos estruturais secundários. 
Em coberturas, o uso de perfil de chapa dobrada mostra-se geralmente 
mais econômico. Os perfis de chapas dobradas permitem grande variação 
na forma e dimensões das seções, mas podem também ser encontrados 
prontos e padronizados. Os perfis de chapas dobradas mais comuns são: 
cantoneira e U. 
Perfil de chapas soldadas 
É o petfü obtido pela soldagem de chapas entre si. Permite grande variedade 
na forma e na dimensão das seções. Chapas, de espessuras, entre 5 e 50 
mm, podendo ainda estar previamente dobradas, quando soldadas entre si 
originam as mais diversas possibilidades de seções. Por seu custo de 
fabricação mais elevado, esse tipo de perfil é utilizado em obras de médio a 
grande porte. No entanto, quando o projeto exigir seções com formas 
especiais essa solução pode ser usada em obras de menor porte. 
Perfis calandrados 
Os perfis estruturais podem, quando necessário,. ser submetidos a 
encurvamento em relação a ambos os eixos, processo que recebe o nome 
de calandragern. Neste processo, devem ser respeitados os limites dos raios 
de curvatura, que dependem da seção do perfil. O processo de calandragem 
aumenta bastante o custo do perfil. 
Principais aplicações dos perfis 
Para escolher bem o perfil mais apropriado para cada aplicação, é de 
fundamental importância lembrar do princípio da distribuição de massa nas 
seções. Este princípio relaciona as fonnas das seções das peças estruturais 
com os esforços a que são submetidas.e-, 
Resumidamente, esse princípio pode ser assim exposto: 
- O esforço de tração simples convive bem com qualquer forma de seção. 
Se a intenção for trabalhar com peças esbeltas, é recomendado o uso de seções 
em que o material esteja concentrado junto ao centro de gravidade da seção. 
(') Pua oblor infoon,çõcs maia dctalhadu "'°'ulte o livro "A Concepção l!6<rGllual • • A,qu.i.,.,ra". do mesmo aato<. à pdgiaa 61. 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
- O esforço de compressão simples pode provocar flambagem, daí peças 
comprimidas exigirem seções mais rígidas, ou seja, aquelas em que o material 
esteja mais afastado do centro de gravidade, de preferência em todas as 
direções. 
- O esforço de flexão exige formas de seção em que o material esteja longe 
do centro de gravidade, mas apenas em relação ao eixo em torno do qual 
ocorre o momento fletor,,•> 
Em seguida serão apresentados os perfis estruturais mais comuns, mostrando 
como são obtidos, e suas aplicações mais comuns. 
Cantoneiras 
As cantoneiras podem ser laminadas (produto de siderúrgicas) ou obtidas 
por dobramento de chapa. São especificadas em projeto pela letra L, seguida 
das dimensões da seção, especificando primeiro as larguras das abas e depois 
a sua espessura. 
As dimensões das cantoneiras 
laminadas são expressas em 
polegadas e as de chapa 
dobrada em mm. 
Exemplo: L4" x4" x 1/2" ou 
L 100 x 100 x 12,5 mm. 
largura largura 
de aba de aba 
1J ,lt ~~r·. 11· i' 
c,O' C>O 
~~/ -9~ 
1 . 
+- +-
cantoneira 
de abas iguais 
cantoneira 
de abas desiguais 
As cantoneiras de abas desiguais laminadas encontram-se atualmente fora 
de fabricação. 
Os usos mais comuns para as cantoneiras são apresentados a seguir: 
a) Elemento de ligação entre peças 
cantoneira soldado na viga 
e parafusada no pilar 
viga 
(") Pan obce< infomeçõc., mm detalhad .. coDSUiie o li""' "A Conoopçio &!rutura! e a Alqoi..,...", do mc<mo au10<, l página 61. 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
b) Barras de treliças 
Utilizadas principalmente em tesouras de telhado. É recomendável que as 
barras das treliças sejam compostas de cantoneiras duplas, para que o C.G. 
da força passe pelo C.G. da seção, evitando-se assim excentricidades que 
resultem em esforços não desejáveis. 
cantoneira 
isolada 
::af r· ~ d~~~neira 
i 
A ligação entre as cantoneiras é feita por intermédio de chapas nas quais 
são soldadas ou parafusadas. 
e) Composição de pilares 
D 
Neste caso, com pequena quantidade de material pode ser obtida uma coluna, 
bastante rígida e com uma seção com grande momento de inércia (material 
afastado do C.G.). É de capital importância que, para garantir que as 4 
cantoneiras não trabalhem independentes mas como uma única seção 
formada por 4 cantoneiras, se evite o escorregamento relativo entre elas. 
Para isso, é necessário ligar as cantoneiras com travamentos adequados, 
sendo o mais eficiente aquele que forma triângulos, como aparece na figura 
acima. 
d) Reforços de chapas de piso ou de vedação 
~ 37 .J7.2V .d7 ~ 7 
As cantoneiras se comportam como nervuras, aumentando a rigidez da 
chapa. Caso a chapa não fosse enrijecida pelas cantoneiras, sua espessura 
teria que ser maior, resultando em peso e custos mais elevados, 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
Perfil U 
O perfil U pode ser obtido por dobramento de chapa ou por laminação em 
siderúrgica. Sua especificação é feita pelo uso do súnbolo U, seguido das 
dimensões da seção e do peso por metro linear. 
oi E-mesa (ou aba) C' 
·E: 
gí 
j I alma 
O, +- perfil U simples 
Clóbio 
perfil U enrijecido 
No caso de perfis lanúnados, é fornecida a altura da alma em polegadas 
seguida do peso por metro linear; no caso dos perfis de chapa dobrada, são 
fornecidas todas dimensões da seção em milímetros, na seguinte seqüência: 
altura, largura e espessura. O perfil U de chapa dohrada pode apresentar 
dobras nas suas extremidades, denominadas lábios. Usa-se o enrijecimento 
para melhorar o comportamento do perfil. 
Exemplos: 
- U 8" x 17,11, para perfil laminado (altura= 8", peso= 17,11 fgf/m). 
- U 100 x 50 x 3, para perfil de chapa dobrada (altura= 100 lillll. largura= 
50 mm, espessura = 3 mm). Nos perfis enrijecidos acrecenta-se o 
comprimento do lábio. 
Nos perfis laminados, para cada altura de alma são fabricados diversos 
perfis com várias espessuras de alma e de mesa. À vista disso, pode-se 
substituir a especificação por meio do peso pela posição do perfil no catálogo 
de fabricaçãó. · · 
Exemplo: U 8" x 17,11 ou U 8" Palma. 
A denominação 11 alma significa que foi escolhido, dentre os perfis de 8" de 
altura que aparecem no catálogo, aquele que apresenta espessura de alma 
mais fina e que, portanto, aparece em primeiro lugar no catálogo. 
Os perfis Usão comumente usados nas seguintes situações: 
a) Barras de treliças de grande porte 
ligação sem chapo ligação com chapo 
soldo 
33 
CAPÍTULO S - Perfis estruturois 
b) Composição de pilares 
Pela soldagem dos perfis entre si ou por meio de chapas ou cantoneiras. 
o Ef-J r;:1 
solda chapa chapo ou 
cantoneira 
Observe-se a intenção de jogar material longe do centro de gravidade da 
seção com o intuito de diminuir o efeito da flambagem. 
c) Terças para apoio de telhas de cobertura 
As terças são vigas que apóiam as telhas e que por sua vez se apóiam nas 
tesouras. 
Recomenda-se que as abas 
do perfil estejam voltadas 
para baixo, para evitar 
acúmulo de poeira ou água 
oriunda da condensação da 
umidade do ar, o que pode 
provocar corrosão. 
d) Vigas para pequenas cargas e vãos 
O uso de um único perfil deve ser restrito a cargas e vãos pequenos, pois 
em virtude da assimetria da secção existe a tendência de ocorrer torção. 
Para melhor desempenho da viga, recomenda-se a composição de dois perfis 
U, de forma que a seção se tome simétrica e não sujeita a torção. Esta 
solução pode ser adotada em vigas com cargas e vãos maiores mas tem 
contra si um razoável aumento de peso e de custo. Outro fator que toma a 
composição de perfis U menos eficiente para uso em vigas é embasado no 
princípio da distribuição de massa nas seções. As vigas são submetidas 
predominantemente a momento fletor, e, como se sabe, a melhor seção para 
esse esforço é aquela que concentra material longe do centro de gravidade, 
na direção nonn~ ao eixo em tomo do qual ocorre a flexão. 
Quando dois perfis U são 
compostos, a concentração de 
material se dá na alma, quando 
melhor seria na mesa. 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
e) Viga para apoio de degraus de escada 
perfil U 
Perfil 1 
O perfil I pode ser obtido por laminação, em siden1rgica, ou pela soldagem 
de três chapas. Os perfis I laminados, são especificados em projeto pela 
letra I acompanhada da dimensão da sua altura em polegada ou milímetro, 
seguida do seu peso por metro linear, tanto para padrão americano como 
europeu. 
i·~ º-[ e o e olmo 
mesa (aba) 
No padrão americano, pode-se infonnalmente substituir a especificação do 
peso pela posição do perfil na tabela do catálogo do fabricante (Palma, 2'-
alma, e assim por diante). 
Os perfis de chapa soldada, quando não obtidos industrialmente, são 
especificados pela sigla VS ( viga soldada) seguida da sua altura em milúnetro 
e do seu peso por metro linear, ou ainda mais genericamente pela sigla PS 
(perfil soldado). 
Alguns fabricantes têm suas próprias siglas. 
Os perfis laminados produzidos pela Açominas são especificados pela letra W. 
Os perfis soldados da Usiminas, pela sigla VE, onde a letra E indica que são 
eletro-soldados. 
A Usiminas ainda usa a sigla VEE para perfis I eletro-soldados que têm as 
mesmas seções dos perfis laminados de padrão americano. 
Exemplos: 
- I 12" x 60,6; (altura= 12", peso= 60,6 kgf/m) ou "1" 12" - 1ª alma; 
ou VS 300 x 62; (altura= 300 mm, peso = 62 kgf/m) 
ou W 310 x 28,3; (altura= 310 mm, peso= 28,3 kgf/m) 
ou VE 250 x 19. (altura= 250 mm, peso= 19 kgf/m) 
Os perfis I podem ser usados como: 
35 
CAPÍTULO 5 • Perfis estruturais 
a) Viga 
É essa a principal e mais importante aplicação desse perfil. Sua forma de 
seção é extremamente adequada para absorver os esforços de flexão, já 
que suas mesas constituem elementos de grande quantidade de massa, 
afastados do centro de gravidade da seção. 
diagrama de tensões 
causados pelo flexão Todos os perfis I, sejam 
laminados ou soldados, têm a 
espessura da mesa maior que 
a da alma, compatível com o 
princípio de distribuição de ·······I-~N. 
massa na seção. O'uaçao 
Muito interessante também é o uso do perfil I associado ao concreto, 
compondo vigas mistas de seção T. 
Nesse caso, o concreto 
absorve a compressão e o aço 
a tração, das forças 
decorrentes do momento 
fletor, resultando em vigas 
muito resistentes e com pouca 
altura, pois os dois materiais 
são solicitados dentro de suas 
melhores características 
mecânicas. 
b) Viga Vierendeel alveolar 
Essa viga é obtida pelo corte conveniente da alma de um perfil I e posterior 
soldagem das partes cortadas, resultando em uma viga de maior resistência 
com a mesma quantidade de material. Este tipo de viga permite a passagem 
de tubulações através de sua alma. 
solda 
Para ver como a viga Vierendeel se comporta consulte este livro na 
página 80. 
O uso dessa viga deve ser bem avaliado, pois todo seu processo de obtenção 
gera custos mais elevados. 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
c) Pilar isolado para pequenas cargas 
A seção em I não é a melhor opção para forças de compressão, portanto 
para pilares, pois a forma da seção dá uma maior rigidez na direção paralela 
à alma do que na direção normal a ela. 
Essa característica impede o uso de perfis I para pilares mais solicitados e 
mais longos. 
d) Composição de pilares 
Pilares podem ser compostos da soldagem direta de dois perfis ou pela 
ligação de dois perfis por meio de chapas ou cantoneiras, de uma maneira 
semelhante à utilizada para perfis U. 
H E13: II ífi~º~ 
e) Estacas de fundação 
O perfil I é utilizado para tal fmalidade, principalmente quando se deseja 
menor vibração durante a cravação da estaca, ou ainda quando o 
estaqueamento precisa ser executado em local que não permita a entrada 
de bate-estacas de grande altura; o perfil pode ser cravado em pequenos 
segmentos e emendados por solda. Recomenda-se também seu uso em 
fundações em que ocorram forças horizontais ou momentos, esforços não 
absorvíveis por estacas pré-moldadas de concreto. 
f) Estacas-pranchas 
Utiliza-se o perfil I para a contenção do solo em escavações de grande 
profundidade. Os perfis são cravados convenientemente espaçados e entre 
eles são colocadas pranchas de madeixa ou laje de concreto annado. As 
forças horizontais do empuxo do solo são transmitidas através das pranchas 
ou lajes aos perfis metálicos. Se a escavação for provisória e houver posterior 
reaterro, os perfis podem ser recuperados por extração. 
No caso de subsolos de edifícios a escavação é definitiva e os perfis 
permanecem compondo o arrimo e fazendo parte da fundação. 
' ........ . . ,. 
perfil 1 
6reo de 
escavoção 
pronchos de 
madeiro ou laje 
de c;oncreto 
CAPÍTULO 5 - Perfis estrulurois 
Perfil H 
Este tipo de perfil pode ser obtido pela soldagem de 3 chapas ou por 
laminação. Esse perfil se diferencia geometricamente do perfil I por 
apresentar largura de aba igual a altura da alma. As indicações em desenho 
são semelhantes às do pe:rfil I. Exceto que os perfis não industrializados de 
chapa soldada recebem a sigla CS, iniciais de coluna soldada ou mais 
genericamente, PS de pe:rfil soldado. 
T Emesa (aba] 
0 o! ._e! 
1n~ 1 aímc 
0 :J__ mesa (aba) 
Os perfis laminados produzidos pela Açominas recebem a sigla W ou HP. 
Os perfis eletro-soldados produzidos pela Usiminas recebem a sigla CE, de 
coluna eletro-soldada. 
Exemplos: 
- CS 300 x 26 (altura= largura= 300 mm, peso = 26 kgf/m) 
ou W 310 x 93 (altura= largura= 310 mm, peso= 93 kgf/m) 
ou CE 300 x 76 (altura;:;; largura= 300 mm, peso= 76 kgf/m) 
Os perfis soldados, quando não produzidos industrialmente, podem ser 
especificados genericamente, seja perfil I ou H, pela sigla PS de perfil soldado. 
Como não são tabeladas, essas seções deverão ser identificadas na prancha 
de desenho, em tabela própria, na qual todas as suas dimensões sejam 
especificadas. Convencionalmente, a ordem de identificação é: altura do 
perfil, largura da mesa, espessura da mesa e espessura da alma. 
O perfil H, por suas características geométricas, é quase que unicamente 
utilizado como pilar, pois apresenta boa rigidez em ambas as direções, 
respondendo bem ao esforço de compressão axial. A inércia de sua seção 
faz com que o perfil H seja indicado também para pilar~s submetidos a 
flexo-compressão (flexão+compressão axial) e, mais raramente, para barras 
de grandes treliça~. 
Perfil T 
Pode serobtido por laminação ou pelo corte de um perfil I ou de perfil H. 
Quando obtido por laminação, apresenta dimensões bastante reduzidas. 
Por não ser muito econômico, o perfil T tem pouca utilização estrutural, 
sendo principalmente usado em peças submetidas a baixos esforços, 
principalmente para peças curvas, por sua facilidade de calandragem ou 
ainda na composição de caixilhos. 
38 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
Sua indicação em desenho é semelhante à da cantoneira, substituindo-se a 
espessura da alma pelo peso por metro linear. 
Exemplo: 
- T 4"X4"X20kgf/m. 
Perfil tubular 
Os perfis tubulares podem ser obtidos pelo processo de extrusão ou pela 
calandragem (processo usado para curvar chapas ou perfis) de chapas. No 
primeiro processo, o tubo não apresenta costura, procedimento indispensável 
no segundo processo. Por isso, os primeiro são chamados tubos sem costura 
e os últimos tubos com costura. 
Não há diferença quanto às propriedades físicas de um e de outro, apenas 
no processo de fabricação. 
Os tubos de maiores dimensões são obtidos com costura e os de menores 
sem costura. 
Tubos sem costura são obtidos com dimensões que não ultrapassam 200 mm. 
As seções dos tubos podem ser circulares, quadradas ou retangulares. Os 
tubos são especificados em projeto pela dimensão externa seguida da 
espessura em milímetros. 
Exemplos: 
- 0 200 X 3 (tubo circular), (diâmetro = 200 mm, espessura= 3 mm) 
ou 0150 x 80 x 2 (tubo retangular), (altur!l = 150 mm, largura= 80 mm, 
espessura = 2 mm). 
Um problema sério dos perfis tubulares é a possibilidade de sofrerem 
deterioração de dentro para fora, que pode não ser detectada visualmente. 
Por isso, recomenda-se o uso de tubos confeccionados com aços resistentes 
à corrosão. 
Os tubos são usados em: 
a} Barras de treliças planas e espaciais 
Os perfis tubulares circulares, por possuírem massas igualmente distanciadas 
do centro de gravidade, prestam-se bem à utilização em barras submetidas 
tanto a tração como a compressão, esforços presentes nas treliças. 
Apresentam certas dificuldades em relação às ligações entre as barras, 
embora existam sistemas eficientes para execução dos nós em treliças com 
tubos cilíndricos, tais como: Sistema Mero, usado para treliças espaciais. 
b) Barras submetidas a torção 
Os perfis tubulares, principalmente os cilíndricos são os que melhor absorvem 
esforços de torção, por possuírem massas igualmente distanciadas do centro 
de grjlvidade. 
CAPÍTULO 5 - Perfis estruturais 
c) Pilares 
Talvez seja essa a mais interessante aplicação dos perfis tubulares, pois 
apresentam maior eficiência contra flambagem com menor consumo de 
material. São executados vazados ou preenchidos com concreto, quando 
então se obtém uma grande resistência com seções bastante esbeltas. 
d) Vigas 
Os perfis tubulares retangulares podem ser usados como vigas. Do ponto 
de vista econômico, os perfis tubulares são menos eficientes que os perfis I, 
pois, ao contrário destes, apresentam maior concentração de massa na ahna, 
o que contraria o princípio de desconcentração de massas, já bastante 
comentado. 
Chapas 
São obtida<; pela laminação dos lingotes. Classificam-se em finas e grossas, 
conforme suas espessuras. As chapas finas variam de 0,31 a 4, 76 mm. São 
fornecidas em peças de até 6,0 m de comprimento ou em bobinas. As chapas 
grossas possuem espessuras que variam de 13/64" ( 5,2 mm) a 2 1/2" (63,5 
mm) e são normahnente especificadas em polegadas. São fornecidas em 
peças de até 1,22 m de largura por até 10,67 m de comprimento. 
As chapas são utilizadas em: 
a) Conformação de perfis estruturais (perfis de chapas dobradas). 
Para tal finalidade são usadas apenas chapas fmas. 
b) Elementos de ligação entre perfis 
Em nós de treliças e outro~. sisten?,~. ~s~i"!J!~~, co_lll() -'!iga x pilar. A forma 
da chapa é função do tipo de ligação a ser executada. 
e) Reforço de estruturas existentes 
A soldagem de chapas, em perfis que necessitam de reforço, propicia aumento 
sensível na sua resistência. 
si-T ~,.,.,. do 
¾-+-chapa= 0,56cm 
No exemplo acima, foi obtido aumento de 21 % na resistência da peça com 
apenas 10% a mais de peso. 
Barras redondas 
As barras redondas são obtidas por laminação. Seus diâmetros variam de 1/2" 
(12,5 mm) a 4" (102 mm). As barras redondas são basicamente usadas para 
confecção de chumbadores, parafusos e tirantes. 
40 
CAPÍTULO 6 
Elementos de ligação 
Como visto no capítulo anterior, os elementos básicos de uma estrutura 
metálica são constituídos de barras (perfis), disponíveis no comprimento 
máximo de 12 m, comprimento limitado pela possibilidade de transporte e 
manuseio. Um sistema estrutural de aço será a composição (união) 
conveniente dessas barras. Os elementos que propiciam as uniões entre as 
barras devem ser capazes de absorver e transmitir esforços. 
Como a estrutura é o caminho que as forças percorrem para chegar de seu 
ponto de aplicação até a fundação e como esses caminhos nem sempre são 
contínuos, onde houver necessidade de mudança de direção ou de material 
haverá sempre a necessidade de um elemento de ligação que funcionará 
como uma ponte, unindo partes da estrutura, permitindo a passagem das 
forças, fazendo com isso que o conjunto estrutural trabalhe unido. As ligações 
entre perfis podem ser feitas diretamente (perfil ligado a perfil) ou mediante 
um elemento intermediário: a chapa de ligação. 
As chapas de ligação são elementos localizados entre os perfis e usadas 
quando não há possibilidade de ligação direta, quer por problemas de ordem 
construtiva, quer pela própria incapacidade da lígação de transmitir os 
esforços. 
Para projetar uma ligação adequada é necessário obedecer a alguns critérios: 
1) As lígações diretas entre perfis são adequadas quando os perfis puderem 
se acoplar sem ne1.:essidade de cortes especiais que possam dificultar a 
execução, aumentando seu custo. Geralmente, esse tipo de ligação é 
executado na fábrica. 
2) As chapas de ligação devem ter espessura conveniente para absorção dos 
esforços e uma forma que permita cortes com o mínimo de perda. 
3) Devem ser sempre verificadas as concentrações de esforços nas ligações, 
para evitar flambagem localizada ou flexões indesejáveis. Mudanças bruscas 
de dimensão resultam sempre em concentração de tensões e devem ser 
evitadas. 
flombo~em no 
m,.•;mo) jr;:::::::=:::::;.-~ ?.==.==!.. 111 
li chopo 1 
de rigidez , 
solução 
' 
· .. \! ... · 41 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
solução 
conloneiro 
4) Ao projetar uma ligação, deve-se verificar a possibilidade de sua execução, 
garantindo o acesso às ferramentas (soldador, chaves para parafusos, e 
outras). 
As ligações são vínculos estruturais e como tal devem ser projetadas e 
executadas de maneira que se aproximem do comportamento teórico 
desejado. 
As ligações são classificadas em: 
a) Rígidas, quando não pennitem rotação relativa entre os elementos ligados. 
Exemplo: nós de pórticos, emendas de barras fletidas, etc. 
b) Articuladas, quando permitem rotação. Exemplo: nós de treliças, apoios 
articulados, etc. 
Na prática, nero sempre as conexões são totalmente articuladas, admitindo-
se pequena rigidez, desde que não prejudique o comportamento global da 
estrutura. Entretanto, em obras de grande porte, é necessário que as conexões 
correspondam integralmente ao projeto. Ou seja, as conexões rígidas não 
deverão permitir, em hipótese alguma, qualquer rotação, e as articuladas 
nenhuma rigidez. As ligações articuladas de grandes estruturas são feitas com 
elementos especiais, como roletes de aço, placas de neoprene e pinos metálicos. 
chapo no 
topo do pilar 
Os principais elementos de ligação 
Rebites 
chapa de rigidez 
chopo no 
lopo do pilar 
O rebite é um pino cilíndrico, de material dúctil, tendo em uma das 
extremidades uma cabeça que se apóia em uma das peças a serem ligadas. 
42 
CAPÍTULO 6 - Elemenlos de ligoçõo 
Para melhor introdução do rebite, é necessária uma folga de 1/16" entre o 
seu diâmetro e o furo. O comprimentodo rebite deve ser superior à soma 
das espessuras das chapas, de forma que o trecho restante, quando prensado, 
forme a segunda cabeça, fixando as peças. 
A rebitagem é feita a alta 
temperatura a fim de facilitar 
a deformação do corpo do 
rebite, a formação da segunda 
cabeça, e o preenchimento 
total do furo. 
equipamento 
para rebitogem 
rebite 
Atualmente, os rebites estão em desuso nas estruturas, pelas seguintes razões: 
- Desenvolvimento da técnica de soldagem e dos parafusos de alta resistência, 
que permitem ligações mais eficientes; 
- Os rebites necessitam de equipes de 4 a 5 homens bastante experientes; 
- Perigo de incêndio; 
- Ruído excessivo; 
-Ambiente de trabalho insalubre (calor e ruído). 
Qualquer conexão feita com rebite pode ser executada com solda. já o inverso 
não é verdadeiro. As ligações soldadas podem atingir até l 00% de eficiência. 
as rebitadas no máximo 80%. 
Parafusos 
Os parafusos são barras cilíndricas, rosqueadas em uma extremidade e com 
cabeça em outra. de forma que permitam o aperto entre as peças mediante 
ferramenta adequada. Os parafusos mais empregados nas construções 
metálicas são os de cabeça quadrada e hexagonal. 
Apresentam porcas com a 
mesma fonna e dimensão da 
cabeça. Os furos para 
introdução dos parafusos 
devem ter folga de 1/16". 
ti 
0 
----+ ----,1,....0,7 0o.u 0 
~ ---¾-0,7 0 ou 0 
Para fixação do parafuso são necessárias duas ferramentas: uma para girar 
a porca. outra para impedir o giro da cabeça. 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
Portanto, para execução de uma ligação parafusada são necessários no 
máximo dois operários. Em ligações submetidas a vibração são acrescentadas 
arruelas de pressão. Para uma escolha prévia do diâmetro do parafuso, aplica-
se a seguinte relação: 
1,6 t s d< 3 A 
onde 
t = espessura do chapa mais grossa 
Á = espessura do chapa mais fina 
Parafusos comuns 
Os parafusos comuns são fabricados com aço-carbono, menos resistentes e 
reconhecidos pela sigla ASTM A307. Por serem pouco resistentes, os 
parafusos comuns são usados em ligações secundárias e em estruturas de 
pequeno porte. 
Parafusos de alta resistência 
São parafusos executados com aço de médio e baixo teor de carbono, portanto 
mais resistentes. São parafusos com alta tensão de ruptura a tração e ao 
cisalhamento. Chegam a resistir a tensões de tração iguais a 11.950 kgf/cm2• 
Esses parafusos podem fazer a ligação entre as peças de duas maneiras: 
a) Por atrito entre as peças ligadas. 
Solução utilizada quando a estrutura não pennite qualquer deslocamento 
(escorregamento) da ligação. Por exemplo, em estruturas submetidas a 
vibração. 
b) Por resistência ao cisalhamento do corpo do parafuso. 
Neste caso, há sempre a possibilidade de acomodação entre as peças ligadas. 
Os parafusos de alta resistência são bem mais caros que os parafusos comuns, 
e portanto recomendáveis para obras de médio e grande portes, nas quais a 
sua resistência propicia a diminuição do número de parafusos, se 
comparados com os parafusos comuns. São fabricados dois tipos de 
parafusos de alta resistência: o AS1M A325, com limite de escoamento 
entre 5.600 e 6.500 kgf/cm2, e o ASTM A490, com limite de escoamento 
entre 8.000 e 9.600 kgf/cm2• Esses valores demonstram como os parafusos 
de alta resistência são muito mais resistentes que os comuns, cujo limite de 
escoamento em 2400 kgf/cm2• 
Solda 
As ligações soldadas começaram a ser utilizadas com grande sucesso a 
partir da década de 40. Hoje são tão difundidas e de qualidade tão boa que 
existem obras que são inteiramente soldadas. 
44 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
As ligações soldadas são as que apresentam maior rigidez. 
A soldagem se faz pelo aquecimento do material-base ( elementos a serem 
ligados) a uma temperatura de aproximadamente 4.000ªC. Essa temperatura 
é obtida pela criação de llIIl arco voltaico entre o material-base e o eletrodo. 
O material-base, ao atingir a temperatura indicada. funde-se propiciando a 
união entre as peças; o eletrodo, além de provocar o arco voltaico, também 
se funde preenchendo os vazios entre a ligação. 
arco voltaico 
material-base 
eletrodo 
fusão"' ligação 
(temperatura ;;. 4 .OOOOC) gerador 
O material-base, durante a soldagem, sofre modificações físico-químicas, 
o que pode influenciar na resistência da junta soldada, sendo portanto muito 
importante o tipo e a qualidade desse material. 
Caso o metal base não seja soldável (por exemplo, aço com grande 
quantidade de manganês) a solda não se realiza adequadamente, tomando a 
ligação frágil. 
Controle de qualidade da solda 
O principal defeito da solda é sua descontinuidade ou falha. As falhas 
enfraquecem drasticamente a ligação. Para garantir a qualidade da ligação, 
as soldas devem sofrer rigoroso controle e aprovadas após exames especiais, 
tais como: 
a) Controle magnetoscópico 
Este ensaio serve para a observação de falhas superficiais. Consiste na 
magnetização da peça a ser verificada; pela medição do campo magnético, 
pode-se perceber as descontinuidades, revelando-se as falhas. 
b) Controle com líquidos penetrantes 
Também utilizada para observação de defeitos superficiais. A superfície a 
ser verificada é banhada com líquido penetrante colorido. As falhas absorvem 
o líquido; após a limpeza do excesso e a aplicação do revelador (à base de 
talco ou gesso), ficam à mostra as descontinuidades. 
e) Controle Radiográfico 
Destina-se à verificação dos defeitos internos. Empregam-se Raios X. Ao 
atravessar o material, os raios são absorvidos progressivamente. Quanto 
maior a espessura atravessada menor a intensidade de radiação emergente. 
45 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
Ao atravessarem as falhas, os raios emergem com maior intensidade 
impressionando o filme com tonalidade mais escura. Após revelação da chapa 
de filme, pode-se observar as falhas pela ocorrência de manchas mais escuras. 
d) Controle por ultra-som 
Destina-se, também, à verificação dos defeitos internos. O princípio baseia-
se na reflexão das ondas acústicas quando atingem meios de diferentes 
densidades. Se no percurso da onda houver uma falha (vazio com densidade 
baixa), haverá uma reflexão, antes da onda atravessar todo o material. Esse 
retomo será captado antes pelo receptor, denunciando a existência da falha. 
Tipos de soldagem 
Conforme o posicionamento das chapas a serem soldadas, podem ocorrer 
dois tipos de soldagem: 
a) Solda de tôpo 
Neste caso, as chapas são posicionadas uma contra a outra e em um mesmo 
plano. 
#-2 o 4 mm 
~~· ~ 
. '-- corte reto entalhe reto para chapas finos 
Conforme aumentem as espessuras das chapas a serem unidas, devem ser 
previstos detalhes que garantam a penetração total da solda. Para isso, as 
extremidades das chapas devem ser convenientemente preparadas. Essas 
soldas também são chamadas de soldas de entalhe. Neste caso, quando a 
solda atinge toda a espessura da chapa, ela é dita de penetração total. 
60° 
~~ . '~~ 
1 11~1 !I 1 
../t-3mm ..fl.2mm 
en!olhe em V simples poro chapas grossos entalhe em V duplo poro chapas grossos 
{soldo de penetração total) (solda de penetração total) 
b) Solda em ângulo 
Neste caso as chapas são posicionadas em planos ortogonais e a solda ocorre 
nas suas laterais. Essas são chamadas também de soldas de filete. 
Aqui também, dependendo das espessuras das chapas, suas extremidades 
devem ser preparadas com algum tipo de chanfro. 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
seçáoM seçãoM 
Representação gráfica das soldas 
Mesmo para aqueles que não pretendam ser projetistas de estruturas 
metálicas, é importante conhecer a simbologia ainda que não completa de 
representação de solda para que se faça uma interpretação correta do projeto. 
As soldas são indicadas com setas, sobre as quais são especificados o tipo e 
espessura da solda. A solda de topo é representada por dois traços paralelos 
sobre a seta. A solda em ângulo é representada por um triângulo. Caso o 
triangulo esteja voltado para baixo, a solda ocorre do lado onde está aponta 
da seta; se ao contrário, o triângulo estiver para cima, a solda ocorre 
exatamente do lado oposto ao que se encontra a extremidade da seta. Esta 
representação, que em princípio pode parecer descabida, é interessante para 
evitar concentração de informações. Quando a solda ocorre nas duas faces, 
ela é indicada pela seta com triângulo duplo. A seguir são mostradas as formas 
mais comuns de representação de solda nos desenhos de estruturas metálicas. 
~~~··rr 
CD ® © 
G) ,olda em ôngulo, no lodo do seta, altura da solda = ½" 
@ solda em ângulo, nos dois lados da sela, altura do solda = ½º 
@ solda em ângulo, no lado oposta da seta, altura da salda = ½' 
G) soldagem de tcpo com entalhe reto 
@ soldagem de topa com entalhe em V simples do lado do seto 
Ainda são usados outras especificações tais como: 
® Q) 
@ solda em todo o contorno 
(J) soldo o ser execvtado no canteiro 
Os eletrodos são fabricados com diversos materiais, devendo cumprir as 
exigências especificadas na Norma. Os eletrodos são especificados pela 
letra E acompanhada de três outras informações. 
47 
CAPÍTULO 6 • Elementos de ligação 
Por exf:Illplo: E 70 1 O. A primeira informação, no caso 70, indica a resistência 
mecânica do eletrodo (70.000 lbs/pol2), as duas últimas, no caso 1 e O, indicam 
a posição da soldagem, o tipo de revestimento do eletrodo e a conente de 
soldagem. Nas obras comuns, com aço A 36, o eletrodo normalmente 
especificado é o E 70 XX, ou seja, deve ter 70.000 lbs/pol2 de resistência e 
pode ser soldado em qualquer posição com qualquer revestimento e corrente. 
Para aços resistentes à corrosão, recomenda-se o eletrodo E 70 18. 
Observações gerais: 
a) As ligações soldadas devem ser preferencialmente executadas em fábrica. 
Sua execução no canteiro pode acontecer em condições adversas e com 
menor controle de qualidade, resultando em ligações deficientes. 
b) As ligações soldadas são mais vantajosas em relação às parafusadas por 
não necessitarem de furos; os furos diminuem a seção resistente da peça. 
Essas ligações não exigem a mesma precisão das ligações parafusadas. 
e) As ligações com parafusos devem ser executadas no canteiro, o que garante 
mais qualidade e rapidez à execução. 
d) Quando o edifício tem um uso não permanente, as ligações parafusadas 
são uma exigência, já que permitem fácil desmontagem da estrutura. 
Detalhes de ligações 
Existem vários detalhes de ligações entre peças estruturais que são 
consagrados e freqüentemente usados. Isso não impede que outros possam 
ser propostos. Para isso, é preciso apenas uma boa dose de bom senso e 
conhecimento dos esforços atuantes nas ligações, de forma que eles sejam 
corretamente absorvidos e transmitidos às peças estruturais do sistema. É 
importante também que os detalhes traduzam corretamente o comportamento 
real da estrutura e além de tudo sejam de fácil execução. 
Nas figuras seguintes, são apresentadas alguns detalhes mais comuns de 
ligações entre viga x viga, viga x pilar e pilar x fundação. 
a) Viga xviga 
Q) vínculo orticulodo 
A 
corte A-A 
1 
.), 
A viga 
cóntoneira cantoneira 
48 - :.·-.·: .. · .. 
CAPÍTULO 6 - Elemenfos de ligação 
0 vínculo articulado 
A 
A 
\ . 
cantoneiro 
@ vínrulo articulado 
vísla A 
~ 
1A 
perfilT 
chapo 
vista A 
0 vínculo rfgido 
Ap 
-,- T 
J 
() o 
o Q 
( 
A~ ) 
viga em balanço 
corte A-A 
o 
o 
corte AA 
chapo 
/( 
) o o 
o o 
:--i 
vrgo que apóio 
perfil T 
~ 
)<( 
v1go 
X( 
viga 
viga 
opoíodo 
corte M 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
b) Viga x pilar 
Q) vínculo articulado 
cantoneira 
1A 
1 
1 
? 
1 
f:E :r 
il 
corte M 
d~ 
pilar 
0 vínculo rlgido 
viga a 
chapo serfixada 
v-/ (1A, ~~~~ 
o o o 
\ 
" o o 
o o o 
· \ '-chapAA 
trecho de viga 
~---v'-~-soldodo no pilar 
,:1) vínculo articulado 
pilar tubular 
A 
0 
A 
{ d~
iga 
et. r 
pilar 
corte M 
deLL:_ 
~ 
\_ perfil 1 
corteM 
© vínculo articulado 
corte M recorte no 
chopa I perfil viga 
/ / perfil tubular 
\._ 1 
< 
! 
pilar tubular 
50 
f1?J 
l~M. i.Jíl•J,~ 
! l' 11DllJJ) 
L___v . 
CAPÍTULO 6 - Elemtintos de ligação 
8 
8 
viga 
perfil tvbular 
pilar fubular 
® vínculo articulado 
\___:viga 
perfil tubular 
pilar perfil H 
~:~.~1}! r, 
~ pilar perfil H 
@ vínculo articulado 
perfil T ;:A~ 
DJ 
®~ 
pilar 
~ 
corte 88 
dei __[viga 
~ 
corte BB 
dó~ 
pilar 
51 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
corte BB 
viga 
perfil tubular 
) ! 
1 
\ 
perfil T 
pilar 
perfil tubular circular 
0 vínculo rígido 
A~ 
\balanço 
@ vínculo rígido 
o o o 
o o • 
o o o 
balanço 
® vfnculo rígido 
52 
corteM 
• o o 
• • o 
det. 
,viga 
pilar 
bólanço 
t 
chapas 
corteM 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligoçõo 
e) Pilar x fundação 
(D vínculo articulado 
corteM 
~ 
~ 
placa de base 
(3) vínculo rfgido 
corteM 
o 
o 
o 
o 
r-, 
o 
., 
o 
o 
d) Emenda de pilar 
----.... 
-fundação 
i 
1 
fundação 
3 cm 
concreto 
placa de base 
(D vínculo rfgido ou articulado, 
dependendo do quantidade 
de parafusos 1 ºIh 
(pilar H) 
pilar superior 
corte A-A 
··•· - ' '•· -, ___ .. 
pa m, as 
palmilhas 
chapo 
secundória 
pilar inferior 
A .,,,.--- A ......,,,,. 
concreto 
com expansor 
[in loco) 
A 
--.::,o 
cornada de 
regulari2oçõo 
chumbador 
A 
--.::,o 
fundação 
as palmilhas são 
dispensadas quando 
os pilares tiverem os 
mesmos dimensões 
chapo 
principal 
53 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
54 
@ vínculo articulado 
(pilar tubulorj 
o 
ººº o 
corte M 
0) vínculo rígido 
(pilar tubular) 
Q 
r 
o 
i \ / o 
.V nervura 
corte AA 
0 vínculo rígido 
(pilar tubular) 
corte AA 
o 
o 
o 
V 
oleto 
! 
! 
o 1 
i 
\1 
\, 
oleto 
o 
A 
-.:,o-
flange 
A 
-.:,o-
oleto 
A 
--.,::,, 
chcpo soldado no 
base do pilar superior 
chapa soldada no 
topo do pilar inferior 
A 
~ 
chapo soldado no 
topo do pilar inferior 
A 
--.,::,, 
chapo soldado no 
base do pilar superior 
chapo soldado no 
topo do pilar inferior 
CAPÍTULO 6 - Elementos de ligação 
e) Pilar de concreto x viga metólica 
CI) vínculo articulado 
@pilar novo 
~~.,.,--~gropo ou 
,. ~D ~ • fc:- conector 
tJc,• • :o.·::•· viga 1 ~~·. ) 
~ ·• .;,,,s,,.;.;.i[E:::==::::;(~= 
',p if ~ 
•ia,·,p~· 
@pilar existente 
chumbodor 
de expansão 
A 
t f ~~-»-'t'il!:==c=ha=p=o~ 
~- i., •, executado 
i 'IP ~ q• junto ao pilar pilar existente 
~ 
f) Pilar metálico x viga de concreto 
rf.1 H espero soldado no perfil (CA 241 pe , -
soldo/_ '1_A orm1:1çõo 
~ , do 11190 
===~ soldo 
.!., __,armação 
~ do viga 
\ --~ 
---------~~-~ vi:: 0 :: 0 
usar adesivo antes de concretar concreto 
g) Ligações especiais com tubos 
CI) vínculo articulado 
corte AA 
mínimo= 6 0 
mínimo= 12 0 
corteAA 
o 
í 
B 
~A 
j~~J~,, 
e 
Üdopl~ 
pino 
corte AA 
duplo/ 
<.J de topo 
L corteBB 
K.~ 
\_ simples 
55 
CAPÍTULO 7 
Sistemas estruturais de aço 
Arcos 
O uso do arco remonta a épocas remotas, quando os materiais estruturais 
restringiam-se à madeira e à pedra. Os primeiros arcos eram executados 
com blocos que se apoiavam, cada um com pequeno balanço em relação ao 
anterior. É o chamado arco falso. Esses arcos não permitiam vencer grandes 
vãos. O arco verdadeiro provavehnente surgiu da desestabilização do arco 
falso, que resultou numa disposição dos blocos mais adequada para vãos 
maiores. O arco verdadeiro é resultado do empilhamento de diversos blocos, 
de maneira que o comprimento resultante seja maior que o vão a ser vencido. 
Desta maneira qualquer bloco para se dirigir ao solo sob a ação da gravidade, 
deve provocar uma compressão nos dois blocos vizinhos, e assim 
sucessivamente. 
Mantendo-se os apoios 
indeslocáveis, todo o sistema 
permanecerá submetido a 
compressão, mantendo os 
blocos unidos e o arco íntegro. 
Apesar de originalmente o arco ser um sistema estrutural submetido a 
compressão, não se pode afirmar que será sempre uma estrutura em que só 
existem esforços de compressão. Os esforços no arco podem variar de acordocom a forma de carregamento que incide sobre ele. Para entender essa 
relação, será utilizado um modelo a partir de um cabo. O cabo, por não ter 
rigidez, só é capaz de absorver esforço de tração axial simples. Portanto em 
qualquer situação de carregamento, pode-se afirmar que o cabo encontra-se 
submetido a tração simples. 
Outra característica 
importante dos cabos é que \ }l) J 1s "-,@ / ~ 
suaformadeformadamudade ~ Y /'@ " 
acordo com a quantidade e 
posição das cargas. A essa 
forma adquirida pelo cabo dá-
se o nome de funicular. 
1 - cabo original 
2 - cabo detormado 
3 - borra simples 
V§~/;=\ 
v~~~ 
57 
CAPÍTULO 7 • Sistemas estruturais de aço 
Nos exemplos acima, é sempre possível afirmar que no cabo existem apenas 
esforços de tração simples. Assim, se as formas funiculares forem inverti.das, 
usando uma barra rígida e mantendo o mesmo carregamento, resultarão 
estruturas nas quais, pode-se garantir, estajam atuando apenas a compressão 
simples. Ou seja, para se ter um arco só comprimido sob a ação de uma única 
carga concentrada, sua forma deverá ser triangular, que é o oposto do funicular 
dessa carga. Note que, no último modelo o cabo, com cargas uniformemente 
distribuídas ao longo do seu comprimento, adquire uma forma funicular que é 
a curva denominada catenária Invertida, ela nos dá o arco ideal para cargas de 
peso próprio (cargas iguais ao longo do comprimento do arco). Conclui-se pois 
que, para se ter apenas esforços de compressão, a forma do arco deverá ser o 
inverso do funicular das forças a ele aplicadas. Bises arcos são chamados de 
arcos funiculares. 
Qualquer modificação no carregamento provoca esforços adicionais de flexão; 
como é sabido, o esforço de compressão axial é mais econômico que o de 
flexão, portanto é econômico evitar a flexão no arco. 
Um caso extremo é apresentado na figura a seguir: um arco parabólico 
sustentando uma carga concentrada no meio do vão. 
F 
0 F 
lroietório ideal que 
daria somenle compressão 
MF 
arco delormodo 
com flexão 
MF 
Viu-se que a forma ideal para conduzir uma força concentrada aos apoios é o 
triângulo, o funicular da força. O arco obriga o carregamento a descrever um 
caminho mais longo, afastado da trajetória ideal. Isso provoca uma 
excentricidade entre o caminho ideal e o fornecido pelo arco, o que fará surgir 
esforço de flexão, o qual para ser absorvido exige uma seção mais robusta para 
a peça e por isso menos econômica. Deduz-se, portanto, que o arco torna-se 
uma estrutura econômica quando ele é funicular das forças aplicadas. No caso 
de arcos com carregamento uniforme ao longo da horizontal, sua forma ideal é 
a parabólica. Para arcos submetidos apenas ao seu peso próprio, a fonna ideal 
é a catenária, mas visualmente a diferença entre uma curva parabólica e uma 
catenária é quase imperceptível. Pode-se dizer que para arcos bastante abatidos 
as curvas são praticamente iguais. Nonnalmente os arcos são construídos com 
forma parabólica para facilitar a execução, seja para cargas uniformes ao longo 
da horizontal seja para peso próprio. 
58 
CAPÍTULO 7 - Sistemas estruturais de aço 
E claro que para estas últimas aparecerão esforços de flexão, mas felizmente 
eles não chegam a influenciar as dimensões do arco. 
Tipos de arcos 
Dependo da situação em que são usados ou do processo construtivo escolhido, 
os arcos podem apresentar vínculos articulados ou engastados. Estes últimos 
são usados apenas em casos especiais, pois introduzem esforços de fle,cão. 
a) Arco triarticulado 
É o tipo de arco mais utilizado, principalmente pela facilidade de execução. 
Como o próprio nome diz, esse 
tipo de arco apresenta três 
articulações, duas nos apoios e 
uma terceira normalmente 
localizada no centro. 
O arco triarticulado apresenta uma grande vantagem construtiva, cada trecho 
entre as articulações pode vir pronto para montagem no canteiro. Além disso, 
caracteriza-se por uma boa adaptação a mudanças de fonna geradas, entre outras, 
por dilatação térmica, pois as articulações pennitem melhor acomodação das 
peças. Os ate0s triarticulados são isostáticos, o que facilita seu cálculo, mas em 
compensação possuem seções mais robustas, aumentando seu custo em relação 
aos outros tipos. Os arcos triarticulados são mais usados em estruturas metálicas. 
Atenção: não existe arco tetraarticulado. Um arco com mais de três articulações 
é hipostático, ou seja, não é estável. 
b) Arco biarticulado 
Esse tipo de arco apresenta articulações apenas nos apoios. Não tem a mesma 
versatilidade de acomodação às mudanças de forma que o triarticulado, 
portanto toma-se mais sucetível ao aparecimento de esforços indesejados 
de flexão. É hiperestático, portanto admite menores dimensões de seção, 
resultando em menor consumo de material. Do ponto de vista construtivo, é 
menos interessante que o articulado. Os arcos biarticulados são mais usados 
em concreto armado. 
e) Arco biengastado 
Seu uso é bastante incomum e só acontece quando há necessidade expressa 
de ligação rígida nos apoios. É o tipo de arcci que mais consome material, 
pois apresenta momentos fletores em razão do engastamento. Por outro 
lado, é muito estável e por isso é utilizado para arcos isolados. 
CAPÍTULO 7 - Sistemas estruturais de aço 
Os arcos biengastados são raros em estruturas de aço. 
A questão dos empuxos 
Um arco só é estável se seus apoios forem indeslocáveis, ou seja, articula.dos 
fixos. Se um dos apoios for móvel, o arco se transforma em uma viga parabólica, 
na qual predomina a flexão. Com isso, suas dimensões serão bem maiores, da 
ordem de cinco vezes, tomando a solução totalmente antieconômica 
Todos os arcos, quaisquer que 
sejamsuas formas, apresentam 
nos apoios a tendência de se 
deslocar na horizontal, 
aplicando a eles forças 
horizontais denominadas 
empuxos horizontais. 
H 
V\ j_, J. .J.. 
Fh1 _g 
Fvl _M 
1 
.1, 
H 
A intensidade dos empuxos é inversamente proporcional à flecha do arco. 
Denomina-se flecha do arco à sua altura no meio do vão. Sempre que ~ível, 
os empuxos não devem ser transmitidos aos apoios. Empuxos em pilares 
provocam grandes flexões, que também são transmitidas às fundações, 
encarecendo a solução. Os empuxos horizontais nos arcos podem ser absorvidos 
por tirantes , descarregando nos apoios apenas forças verticais, resultando em 
pilares e fundações de menores dimensões. Por outro lado, o tirante pode ser 
um elemento indesejável no espaço interno da edificação, como por exemplo 
em quadras esportivas. Neste caso, os pilares sedío responsáveis pela absorção 
das forças horizontais e ficarão submetidos a grandes esforços de flexão, o que 
exigirá deles maiores dimensões. 
Quando essa solução for 
inevitável, recomenda-se 
criatividade para absorver na 
arquitetura.ou até mesmo tirar 
partido das novas dimensões 
resultantes nos pilares. 
Os arcos em estruturas metálicas 
Os arcos, em estruturas metálicas, podem ser de alma cheia, usando perfil I, H 
ou tubular. No entanto, essa solução deve ter uma justificativa muito forte, pois 
perfis de alma cheia, para serem dobrados, necessitam ser calandrados, ou até 
mesmo, compostos de pequenos trechos retos. Arcos metálicos com perfis de 
alma cheia constituem solução com custo bastante elevado . . 
CAPÍTULO 7 • Sistemas estrutureis de aço 
Quando treliçados, com cantoneiras e perfis U, sua execução fica muito 
simplificada, com custos bem menores. É a solução mais utilizada 
A corteM 
perfil U 
chapo 
dobrado 
Por serem usados em grandes vãos e estarem submetidos predominantemente 
a compressão simples, os arcos são sujeitos a flambagem, dentro e fora de 
seu plano, sendo muito instáveis principalmente fora de seu plano. 
Para estabilizá-los é necessário prever travamentos adequados, também 
conhecidos por contraventamentos. 
terças perfil U 
borras poro trovamen~o 
do banzo inferior do arco, 
para transferir os esforços 
poro o controvenlamento 
superior arco treliçado 
conlroventamento no nível do banzo superior 
dos arcos (ferros redondos