Cap 1 - 2014 - Introdução ao Aço

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ESTRUTURAS METÁLICAS 
Prof: Mauricio Bernardo 1 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO 1 
 
 
Introdução ao Aço 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTRUTURAS METÁLICAS 
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1. AS ESTRUTURAS DE AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL 
 
 
1.1. Novas formas estruturais a partir das estruturas metálicas 
 
 
A estrutura metálica, possui uma capacidade estrutural muito maior que o 
concreto armado para determinados fins. Sendo assim, ela traz uma maior liberdade para 
o desenho conceitual da estrutura. Mas o surgimento dessas novas formas, vem de um 
desenvolvimento histórico pelo qual a estrutura metálica e o homem passaram. As 
primeiras estruturas metálicas, a serem construídas, foram feitas na Europa em meados 
do século XIX, antes da utilização do concreto armado. 
 
Um belo exemplo é o Crystal Palace na Inglaterra, construído para abrigar uma 
feira; ainda hoje inspira arquitetos da atualidade, principalmente os relacionados 
diretamente como Nicholas Grimshaw, arquiteto inglês que, entre tantas obras, projetou 
a nova parte da Waterloo Station também na Inglaterra, destinada à linha internacional 
de trens. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Crystal Palace 
 
 
 
A partir disso, se vê como a forma da estrutura metálica permite uma unidade 
maior entre o design do edifício e sua construção final. E mesmo com a vinda de novos 
conceitos arquitetônicos, como o modernismo que buscava a pureza das formas, a 
estrutura metálica trouxe uma qualidade estrutural e um nível de precisão inacessível ao 
concreto armado. 
 
 
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Sua leveza trouxe para os arquitetos modernos formas de se projetar um edifício 
jamais imaginadas, principalmente no que se refere à altura dos mesmos, como os novos 
arranha-céus, que atingiram grandes alturas graças a estrutura metálica. 
 
 
 
 
 
 
No Brasil a história foi um pouco diferente. Num país carente de tecnologias e de 
mão-de-obra qualificada, o concreto armado se adaptou melhor do que o aço. Sendo 
assim, o início de sua utilização, deu-se em meados do século XX. 
 
Aqui no Brasil a utilização dessa estrutura veio somente com o incentivo de muitos 
homens e graças ao surgimento de uma indústria siderúrgica no país, que antes 
importava todo aço que consumia. 
 
Em 1957 vê-se o surgimento do primeiro edifício em aço no Brasil. Esse edifício 
seria projetado para servir de garagem no centro de São Paulo, chamado então, 
Garagem América. 
 
 
 
 
 
 
 
Burj Dubai – 818 mde altura 
160 andares 
World Trade Center – 417 m de altura 
 110 andares 
Burj Dubai – 818 mde altura 
160 andares 
Garagem América 
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1.2. Um breve histórico do aço na construção civil 
 
1750 Primeiras obras em aço (industrialização do aço) 
1757 Primeira ponte de ferro fundido na Inglaterra 
1780 Escadaria do Louvre (Paris) e do Teatro de Palais Royal 
1880 Utilização em grande escala, por conta dos edifícios em Chicago, USA 
1812 Início da fabricação do ferro no Brasil 
1857 Primeira grande obra a utilizar ferro fundido no Brasil – Ponte Paraíba do 
 Sul, estado do Rio de Janeiro 
1921 Primeira obra a utilizar aço importado no Brasil – Teatro Santa Izabel, 
 Recife, PE 
1921 Implantada a Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira, produzindo inicialmente 
 arame farpado, perfis leves, etc. 
1940 Instituída a Comissão Executiva do Plano Siderúrgico Nacional 
1946 Início de operação da Companhia Siderúrgica Nacional produzindo 
 chapas, trilhos e perfis com bitolas americanas 
 
 
1.3. O uso das estruturas de aço na construção civil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Aeroporto Internacional de Guarapes, Recife - PE 
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 Hospital São Francisco 
Ribeirão Preto, SP 
Passarela Belvedere - Belo 
Horizonte, MG 
 
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Estádio Allianz Arena 
Munique, Alemanha 
Viaduto Sta. Efigênia, 
São Paulo -SP 
Ponte Jk - Brasília, DF 
Ponte Em Camburi - Vitória, ES 
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1.4. Vantagens do seu uso 
Varias são as vantagens do uso da estrutura metálica na construção civil. Algumas das 
mais expressivas são: 
1. Alta resistência 
2. Fabricação fora do local da obra (área mais limpa, mais organizada e com menos 
riscos de provocar acidentes) 
3. Qualidade de Fabricação 
4. Baixo peso - redução de esforços nas fundações e facilidade desmontagem 
5. Confiabilidade e precisão de medidas - economia no revestimento 
6. Rapidez de execução: - retorno de investimento mais rápido 
7. Redução de perdas 
8. Facilidade de ampliações e remoções 
9. Sustentabilidade - reciclagem 
 
1.5. Desvantagens do seu uso 
Quando comparados as estruturas convencionais de concreto, algumas desvantagens 
pode ser considerada: 
1. Mão de obra especializada – montagem das estruturas; soldagem 
2. Maior propensão a corrosão - alguns modos de se reduzir a corrosão são: 
 a. Especificação de materiais, 
 b. Projeto e execução adequados 
 c. Proteção com pinturas 
 d. Manutenção periódica 
3. Requer maior manutenção preventiva / corretiva. 
4. Custo – quando analisados apenas o custo direto 
Quando os custos deste tipo de estrutura são analisados por um contexto completo, seu 
custo tende a ser uma VANTAGEM, pois ai, tem deve ser levados em conta os seguintes 
aspectos: 
a. Tempo de montagem, 
b. Qualidade de montagem, 
c. Redução de desperdícios 
d. Redução de gastos financeiros (empréstimos,) 
e. Maior giro do capital 
“Não importa o custo da estrutura e sim as vantagens econômicas agregadas ao 
empreendimento. “(autor desconhecido) 
 
 
1.6. Perfis Metálicos 
Entre os vários componentes de uma estrutura metálica, tais como chapas de ligação ou 
elementos de fixação, os perfis são evidentemente, os mais importantes para o projeto, 
fabricação e montagem de uma estrutura. 
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Os perfis de utilização corrente são aqueles cuja seção transversal se assemelha às 
formas das letras I, H, U e Z, recebendo denominação análoga a essas letras e à letra L, 
nesse caso denominados cantoneiras. 
Os perfis podem ser obtidos partir de vários processos de fabricação: 
• Laminação (à quente ou à frio) 
• Extrusão 
• Trefilação 
A partir da matéria prima disponível (pelos processos de Laminação ou Extrusão), outros 
processos podem ser utilizados para a fabricação de elementos estruturais: 
• Conformação a frio 
• Soldagem de chapas 
 
 
1.7. Processo de Laminação 
O processo de laminação atua na forma do material, modificando-lhe a sua geometria. 
Para isso, há necessidade dainfluência de agentes mecânicos externos, que são os 
meios de se realizar tal processo. 
Na laminação, os agentes mecânicos são os cilindros de trabalho em movimento de 
rotação, acionados pelo conjunto de motores e caixas de transmissão, que geram 
energia suficiente para causar a deformação do material que está sendo laminado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.7.1. Processo de Laminação a Quente 
 
Etapa inicial do processo de laminação no qual o material é aquecido a uma 
temperatura elevada (no caso de aços entre 1100 e 1300 ºC) para que seja realizado o 
chamado desbaste dos lingotes ou placas fundidas. O processo transcorre da seguinte 
forma: 
 
1- Uma placa (matéria-prima inicial), cujo peso varia de alguns quilos até 15 toneladas, 
é produzida por meio de fundição semicontínua, em molde com seção transversal 
retangular. 
Esquema de rolos laminadores 
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2- Posteriormente, a placa é aquecida até tornar-se semiplástica. 
3- A laminação a quente se processa em laminadores reversíveis duplos 
4- O material laminado é deslocado, a cada passada, por entre os cilindros, A redução 
da espessura por passe é de aproximadamente 50%. No último passe de laminação, 
o material é enrolado ou cortado em chapas planas, constituindo-se na matéria-prima 
para o processo de laminação a frio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.7.2. Processo de Laminação a Frio 
 
Etapa final do processo de laminação que tem por objetivo o acabamento do 
metal, no qual o mesmo, inicialmente recebido da laminação a quente como chapa 
grossa, tem sua espessura reduzida para valores bem menores, normalmente à 
temperatura ambiente. 
 
A laminação a frio é empregada para produzir folhas e tiras com acabamento 
superficial e com tolerâncias dimensionais superiores quando comparadas com as tiras 
produzidas por laminação a quente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Laminação de barras e perfis: 
Esquema de rolos laminadores 
Processo de Laminação a quente 
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Barras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais como: vigas em I, calhas 
e trilhos são produzidos em grande quantidade por laminação a quente com cilindros 
ranhura dos, conforme mostrado abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.8. Processo de Extrusão: 
 
Extrusão é um processo de conformação no qual o material é forçado através de 
uma matriz (no laminado o material é puxado), de forma similar ao aperto de um tubo de 
pasta de dentes. Praticamente qualquer forma de seção transversal vazada ou cheia 
pode ser produzida por extrusão. Como a geometria da matriz permanece inalterada, os 
produtos extrudados têm seção transversal constante. 
 
Os materiais mais usados na extrusão são: alumínio, cobre, aço de baixo carbono, 
magnésio e chumbo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rolos laminadores 
Representação gráfica de uma extrusão 
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1.9. Processo de Trefilação 
 
A trefilação é uma operação em que a matéria-prima é puxada contra uma matriz 
(chamada fieira ou trefila) em forma de funil por meio de uma força de tração aplicada do 
lado de saída da matriz. O escoamento plástico é produzido principalmente pelas forças 
compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material. Normalmente realiza-
se a operação a frio. 
 
 
 
1.10. Processo de Conformação de Chapas: 
 
Conformação de chapas é o processo de transformação mecânica que consiste 
em conformar uma chapa à forma de uma matriz, pela aplicação de esforços transmitidos 
através de um punção. Na operação ocorrem alongamento e contração das dimensões 
de todos os elementos de volume. A chapa, originalmente plana, adquire uma nova forma 
geométrica. 
 
 
 
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1.11. Processo de Soldagem 
 
A soldagem é amplamente usada na junção de materiais, permitindo a execução 
de uniões com geometrias complicadas e garantia da perfeita continuidade das peças. 
Tem sua maior aplicabilidade na construção metálica para fabricação de Perfis (Vigas I, 
H) Soldadas. 
 
Cuidado especial deve ser tomado com construções em que as ligações dos 
elementos estruturais na montagem são feitas através de solda, pois isto gera problemas 
insolúveis, como: falta de prumos, falta de alinhamento e falta de garantia na qualidade 
da própria solda. Podemos afirmar, sem exagero, que tal procedimento de montagem 
evidência a "inexistência" de um profissional competente atuando na obra. 
As soldas são classificadas em ligações permanentes 
 
 
 
1.12. Processo de Fixação: 
 
Além do processo de solda utilizado como processo para se fabricar elementos 
estruturais complexos, é amplamente utilizado como elementos de fixação das 
estruturas. Além desse são utilizados também parafusos e rebites como formas de 
fixação. 
 
A solda e o rebite são processos de fixação permanentes pois, uma vez aplicados, 
não podem ser removidos. A fixação por parafuso é considerado como fixação móvel. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rebites Parafusos 
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