Sistemas estruturais em Aço. Características do Aço na Construção Civil CBCA

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2Características do Aço na Construção Civil
MÓDULO
Sistemas estruturais em Aço
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Módulo 2
Índice - Módulo 2
5. O material Aço
•	 Composição	do	Aço	
•	 A	produção	do	Aço	
•	 Os	tipos	de	aços	mais	comuns	na	construção	civil	
6.	O	uso	do	aço
•	 Vantagens	e	Desvantagens	do	uso	do	Aço	em	Estruturas	
•	 A	altura	das	Vigas	
•	 O	Modelo	teórico	e	o	comportamento	real	
•	 A	questão	do	custo	inicial	
•	 A	questão	da	corrosão	
•	 As	propriedades	dos	materiais	
•	 A	clareza	da	concepção	estrutural	
•	 Estrutura	metálica:	um	sistema	pré-fabricado	
•	 Dimensões	das	peças	em	uma	estrutura	em	aço	
•	 A	reciclagem	
•	 Reformas,	ampliações	e	novos	usos	
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Parte 1 - Características do Aço na Construção Civil
5. O material Aço
Composição do Aço
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	
encontrados	outros	 elementos	 tais	 como:	manganês,	 silício,	 fósforo,	 enxofre,	
alumínio,	cobre,	níquel,	nióbio,	entre	outros,	que	modificam	as	propriedades	
físicas	da	liga,	tais	como	resistência	mecânica,	resistência	a	corrosão,	ductilidade	
e	muitas	outras.	
Alguns	dos	elementos	que	fazem	parte	da	matéria	prima	utilizada	permane-
cem	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	(...)
	 C	 	0,22	%
	 P	<	0,045	%
	 S	<	0,055	%
	 0,4	%	<	Mn	<	0,6	%
 
	 onde:
	 Fe	=	ferro
	 C	=	carbono
	 Si	=	silício
	 Mn	=	manganês
	 P	=	fósforo
	 S	=	enxofre.
Para	a	obtenção	de	aços	mais	resistentes	à	corrosão	são	adicionadas	quantida-
des	determinadas	de	cobre;	para	aços	 inoxidáveis,	é	adicionado	cromo;	para	
aços	resistentes	a	ácidos,	níquel,	e	assim	por	diante.	
Sistemas Estruturais em Aço
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Módulo 2
A	quantidade	de	carbono	é	de	suma	importância	nas	características	mais	im-
portantes	do	aço.	Aços	com	porcentagem	maior	de	carbono	são	mais	resisten-
tes,	mas,	em	compensação,	tornam-se	pouco	dúcteis	e	bastante	quebradiços.	
Com	menos	carbono	sua	resistência	cai,	mas	aumenta	a	ductilidade.	
A	ductilidade	é	uma	das	características	mais	importantes	dos	materiais	estru-
turais.	Os	materiais	com	boa	ductilidade	possibilitam	a	visualização	de	grandes	
deformações	em	peças	estruturais	submetidas	a	tensões	muito	elevadas,	servin-
do	então,	como	“aviso”	de	que	a	ruptura	pode	acontecer	ou	ainda,	permitindo	
a	redistribuição	de	esforços	para	elementos	menos	solicitados.	
Para	saber	mais	sobre	aços	carbono:	
http://www.cbca-ibs.org.br/nsite/site/acos_estruturais.asp	
A	produção	do	Aço
Como	foi	visto,	as	matérias	primas	básicas	para	a	produção	do	aço	são:	minério	
de	ferro	e	carvão	coque.	A	essas	são	adicionados	o	calcário,	com	função	espe-
cífica	de	retirar	impurezas.	
Antes	do	início	da	produção	do	aço,	o	carvão	mineral	é	queimado	na	coqueria	
e	transformado	em	blocos	de	aproximadamente	mesmas	dimensões,	denomi-
nados	coque	ou	carvão	–	coque.	
Como	o	ferro	é	raramente	encontrado	puro	na	natureza,	usa-se	o	seu	miné-
rio.	Para	transformar	o	minério	em	ferro	é	necessário	a	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	mi-
nério	de	ferro.	O	calor	da	combustão	liquefaz	o	calcário,	o	qual,	combinando-
se	com	as	impurezas	do	minério	de	ferro,	forma	a	escória,	ao	mesmo	tempo	
em	que	funde	o	ferro	contido	no	minério.	A	carga	no	forno	torna-se	progres-
sivamente	viscosa	e	líquida.	
A	escória,	por	ser	mais	leve,	flutua	sobre	o	ferro	em	fusão,	chamado	nesse	es-
tágio	de	gusa.	Os	dois	componentes	são	separados,	a	escória	é	destinada	à	pro-
dução	de	cimento	e	o	ferro	gusa	é	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	com	aparas	de	aço	(sucata)	e	calcário,	e	con-
duzido	a	um	forno	em	forma	de	barril,	denominado	“conversor”.	
Oxigênio	de	alta	pureza	é	introduzido	no	topo	do	forno	a	velocidade	supersô-
nica,	num	fluxo	com	duração	aproximada	de	20	minutos.	Durante	esse	proces-
so,	temperaturas	muito	altas	são	atingidas,	quando	então,	é	queimado	o	excesso	
de	carbono	e	eliminadas	as	impurezas	não	absorvidas	pelo	calcário	fundido.	Alto	forno	–	ArcelorMittal	–	CST	–	ES
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Sistemas Estruturais em Aço
Finalmente	o	aço	é	despejado	em	moldes	denominados	lingoteiras,	resultando	
em	blocos	de	aço	chamados	lingotes	ou	tarugos.	
A	partir	daí,	o	aço	passa	pelo	processo	de	laminação	a	quente	onde	é	trans-
formado	em	perfis	ou	chapas.	Antes	da	laminação,	o	lingote	passa	pelo	forno	
poço,	onde	sofre	novo	aquecimento	para	facilitar	o	processo.	
Veja	o	Ciclo	completo	de	produção	no	link,	disponível	no	ambiente	do	curso.
Os tipos de aço mais comuns na construção civil
No	Brasil	são	fabricados	vários	tipos	de	aço	para	fins	estruturais,	que	podem	
ser	conhecidos	através	de	consulta	à	Norma	Brasileira	NBR	8800.	
Entre	eles,	apresentamos	a	seguir,	os	aços	mais	comumente	utilizados:	
Tipo de Aço Usos mais comuns
ASTM	A-36	-	também	 
conhecido	como	aço	comum
perfis	laminados,	perfis	de	chapa	dobrada	e	
de	chapas	soldadas.
ASTM	A-500	–	GA	(grau	A) fabricação	de	tubos
ASTM	A-570	-	G33	(grau	33) fabricação	de	perfis	de	chapa	dobrada	
finos.
ASTM	A-577 fabricação	de	perfis	laminados	e	soldados
SAE	1020 chapas	planas,	perfis	de	chapa	dobrada	e	
barras	redondas.
Aços	patináveis	ou	de	maior	resistência	à	corrosão
São	ainda	fabricados	chapas	planas	de	aços	especiais	resistentes	a	corrosão,	tais	
como	o	CSN	COR	(CSN),	o	USI	-	SAC	300	e	USI	-	SAC	350	(Usiminas)	,	
COS	–	AR	–	COR	-	400	(COSIPA)	e	CST	COR,	(CST),	entre	outros.	Mais	
adiante	abordaremos	este	tipo	de	aço.	
Para	saber	mais	sobre	aços	patináveis:	http://www.cbca-ibs.org.br/nsite/site/
acos_estruturais.asp	
Os	aços	ainda	recebem	denominações	adicionais	como	grau,	que	identifica	a	
composição	química	e	classe,	que	o	qualifica	quanto	a	resistência	mecânica	e	
acabamento	superficial.	
Para	saber	mais	sobre	a	história	da	evolução	do	uso	do	aço	e	seu	processo	de	
fabricação	acesse	o	link,	no	ambiente	do	curso:	Módulo	1	-	apostila	do	Curso	
de	Introdução	ao	Uso	do	Aço	na	Construção	-	CBCA.	
Panela	da	aciaria	derrama	gusa	e	sucata	no	
conversor
Lingotamento	contínuo
Laminador	de	tiras	a	quente
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Parte 2
6. O uso do Aço
Vídeo - As Vantagens do Aço
Vantagens e Desvantagens do uso do Aço em Estruturas
A	escolha	do	aço	como	material	estrutural	deve	ser	embasada	em	critérios	que	
mostrem	ser	ele	o	material	mais	indicado	para	determinada	situação.	É	bom	
lembrar	que	optar	pelo	aço	apenas	por	simpatia	ou	até	por	curiosidade	pelo	
material	pode	 levar	a	 soluções	muito	desvantajosas	e	que	podem	criar	uma	
visão	desfavorável	do	material.	Para	ajudar	a	embasar	adequadamente	a	escolha	
pelo	aço	é	que	são	mostradas	a	seguir	as	vantagens	e	também	as	desvantagens,	
procurando-se	ser	o	mais	isento.	
Vantagens
Grande	resistência	a	esforços.	Talvez	seja	essa,	em	princípio	a	maior	vantagem.	
No	entanto,	como	será	visto	mais	adiante,	essa	vantagem	pode	em	determina-
das	situações	ser	desfavorável.	
Para	uma	melhor	visão	do	quanto	o	aço	é	resistente,	veja-se	a	comparação	com	
outros	materiais	convencionais:	
Tensão admissível à compressão
σ aço 1500	kg/cm²
σ concreto 100	kg/cm²
σ madeira 80	kg/cm²
Tensão admissívelà tração
σ aço 1500	kg/cm²
σ concreto 10	kg/cm²
σ madeira 90	kg/cm²
Módulo 2
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Vê-se	pelos	valores	acima	que	o	aço	além	de	ser	o	mais	resistente	apresenta	
uma	característica	muito	interessante	para	as	estruturas:	resistências	iguais	a	
tração	e	compressão.	
Como	conseqüência	de	sua	maior	resistência	o	aço	permite	peças	estruturais	
com	menores	dimensões.	
A	figura	a	seguir	mostra	a	comparação	entre	as	dimensões	finais	entre	uma	
estrutura	convencional	de	viga	em	concreto	armado	e	uma	estrutura	com	
viga	de	aço.
Aço X concreto – Vigas
A	figura	seguinte	mostra	o	mesmo	comparativo	ente	pilares	de	concreto	e	
pilares	de	aço.	
Sistemas Estruturais em Aço 
Aço X concreto – Pilar
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Módulo 2
A altura das Vigas
Pode-se	se	ver	que	as	vigas	metálicas	apresentam	uma	altura	da	ordem	de	
60%	das	vigas	em	concreto.	Isso	proporciona	outras	grandes	vantagens	para	o	
projeto,	tais	como	menor	pé	direito,	logo	menor	área	de	acabamento.	Além	
disso,	a	altura	final	do	edifício	resulta	menor.	Um	edifício	em	estrutura	mista	
de	20	andares	chega	a	ter	altura	equivalente	a	um	edifício	de	19	andares	em	
estrutura	de	concreto,	o	que	pode,	em	determinadas	situações,	viabilizar	um	
edifício	em	termos	do	gabarito	permitido.	
Em	conseqüência	da	menor	dimensão	dos	elementos	da	estrutura,	obtém-se	
menor	peso	próprio	da	estrutura,	resultando	em	menor	carga	na	fundação.	
O peso próprio da estrutura
Grosso	modo,	uma	estrutura	de	aço	pesa	6	vezes	menos	que	uma	estrutura	
equivalente	em	concreto	armado.	A	estrutura	em	aço,	sendo	bem	mais	leve,	
possibilita	fundações	mais	econômicas	ou	adaptáveis	a	regiões	em	que	o	solo	
exija	soluções	mais	complexas.	
O Modelo teórico e o comportamento real
A	solução	estrutural	em	aço	apresenta	um	resultado	muito	próximo	entre	
o	modelo	teórico	e	o	comportamento	real.	Um	vínculo	em	aço,	como	por	
exemplo	a	ligação	entre	uma	viga	e	um	pilar,	se	adotado	como	articulado,	
poderá	ser	executado	perfeitamente	articulado	com	relativa	facilidade.	No	
concreto	armado	moldado	in-loco,	muitas	vezes	adota-se	no	modelo	teó-
rico	um	vínculo	articulado	que	quando	da	execução	afasta-se	muito	desta	
situação	teórica,	o	que	pode	acarretar	problemas	de	ordem	econômica	ou	de	
comportamento	estrutural	inadequado.
A questão do custo inicial
Ao	se	optar	pelo	uso	do	aço	nas	estruturas,	deve-se	levar	em	conta	a	ques-
tão	de	custo.	Em	algumas	situações	o	custo	inicial	da	estrutura	em	aço	pode	
ser	bem	mais	elevado	do	que	em	concreto	armado.	Isso	geralmente	ocorre	
quando	o	projeto	arquitetônico	obriga	o	uso	de	vãos	muito	díspares.	Sendo	
a	estrutura	metálica	um	processo	industrializado,	o	uso	de	medidas	extre-
mamente	variáveis,	vai	acarretar	perfis	muito	diferentes,	de	tamanhos	muito	
diferentes,	resultando	em	grandes	perdas,	o	que	sem	dúvida	tende	a	deixar	a	
estrutura	de	aço	mais	cara.	Um	projeto	bem	modulado	proporciona	soluções	
muito	mais	econômicas	e	vantajosas,	quando	comparadas	às	estruturas	de	
concreto	armado.	
Deve-se	lembrar,	ainda,	que	o	custo	da	estrutura	é	apenas	um	dos	compo-
nentes	do	custo	final	da	edificação.	Mesmo	apresentando	um	custo	inicial	
um	pouco	maior	que	a	estrutura	de	concreto,	até	30	%,	pode-se	optar	com	
tranqüilidade	por	uma	estrutura	de	aço,	já	que	as	vantagens	de	sua	incidência	
em	outros	elementos	da	construção,	tais	como	fundações	mais	leves,	meno-
res	perdas	nos	acabamentos,	maior	rapidez	de	execução,	entre	outras,	podem	
fazer	com	que	na	pior	das	hipóteses	o	custo	final	da	obra	seja	igual	àquele	de	
uma	estrutura	de	concreto	armado.	
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Sistemas Estruturais em Aço
(Gráfico:	Construção	em	Aço)
(Gráfico:	Construção	Convencional)
A questão da corrosão
Um	outro	aspecto	que	pode	ser	levantado	como	negativo	para	uso	do	aço	é	
a	possibilidade	de	sua	deterioração	em	contato	com	o	meio	ambiente.	
O	aço	enferruja.	A	ferrugem,	ou	oxidação	(Fe	+	O),	constitui	uma	camada	
protetora,	mas	facilmente	removível,	gerando,	portanto,	o	processo	de	cor-
rosão	do	material,	ou	seja,	diminuição	na	espessura	do	elemento	estrutural.	
A	corrosão	chega	a	consumir	camadas	que	variam	entre	9	μm	por	ano	em	
ambientes	menos	agressivos	e	mais	secos,	como	Brasília,	e	170μm	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	em	muito	a	resistência	do	
aço	à	corrosão.	
Teremos,	mais	adiante	neste	curso,	um	módulo	dedicado	exclusivamente	a	
este	assunto,	onde	iremos	conhecer	as	formas	adequadas	de	proteção	à	corro-
são.	
As propriedades dos materiais
O	concreto,	pela	maneira	com	que	é	produzido:	uma	mistura	quase	que	
aleatória	de	cimento,	areia,	pedra	e	água,	não	permite	acreditar	numa	res-
posta	precisa	quanto	as	suas	propriedades;	o	aço	que,	por	sua	vez,	é	obtido	
industrialmente,	com	alto	controle	de	qualidade,	resulta	em	um	material	mais	
confiável	quanto	as	suas	propriedades,	podendo	ser	aplicado	com	coeficien-
tes	de	segurança	mais	baixos,	o	que	obviamente	resulta	em	possibilidade	de	
economia.	
A clareza da concepção estrutural
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.	Uma	ligação	entre	uma	viga	e	um	pilar	
em	concreto	armado	moldado	“in	loco”	nunca	é	visível,	logo	uma	análise	
visual	não	permite	concluir	se	a	ligação	foi	concebida	como	articulada	ou	
rígida.	
Estrutura metálica: um sistema pré-fabricado
A	estrutura	metálica	é	um	sistema	pré-fabricado;	no	canteiro	ocorre	apenas	
sua	montagem,	permitindo	ser	executada	em	lugares	exíguos,	necessitan-
do,	em	algumas	ocasiões,	de	espaço	para	locomoção	de	gruas	ou	guindastes	
e	pequeno	depósito.	O	canteiro	de	obra	torna-se	mais	racional	e	pode	ter	
dimensões	reduzidas.	
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	uma	estrutura	pré-fabricada,	com	componen-
tes	industrializados,	pode	ser	fabricada	e	montada	muito	rapidamente.	Uma	
estrutura	em	aço	consome	aproximadamente	60%	do	tempo	necessário	para	
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Módulo 2
a	execução	de	uma	estrutura	equivalente	em	concreto	armado.	Não	necessita	
de	tempo	de	cura,	e	diversas	atividades	de	construção,	tais	como	fundação,	
podem	ser	executadas	simultaneamente	à	fabricação	da	estrutura.	
Dimensões precisas das peças em uma estrutura de aço.
Devido	ao	sistema	de	industrialização,	as	dimensões	das	peças	em	uma	estru-
tura	em	aço	são	muito	precisas	e	podem	ser	expressas	em	milímetros.
Erros	de	até	1cm	são	plenamente	aceitáveis	em	estruturas	de	concreto	arma-
do,	mas	não	em	estruturas	de	aço,	onde	as	tolerâncias	são	de	apenas	5	mm.	
Devido	à	precisão	os	elementos	estruturais	podem	ser	perfeitamente	ali-
nhados,	nivelados	e	aprumados.	As	estruturas	metálicas	são	tão	precisas	que	
podem	servir	de	gabarito	para	a	execução	de	demais	componentes	da	edifi-
cação,	tais	como	vedações	e	acabamentos,	o	que	pode	levar	a	uma	economia	
de	até	5%	na	aplicação	desses	materiais.	
A reciclagem
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	em	aço	podem	ser	facilmente	des-
montadas,	podendo	ser	reutilizadas	em	outros	lugares	ou	reaproveitadas	na	
execução	de	novas	edificações.	Ainda	que	seus	elementos	não	sejam	reutiliza-
dos,	o	material,	como	sucata,	pode	ser	reaproveitado	na	fabricação	de	novos	
produtos	de	aço,	devido	à	infinita	possibilidade	de	reciclagem	que	o	aço	
possui.	
Reformas, ampliações e novos usos
Pela	mesma	razão	vista	no	item	anterior,	muitas	edificações	podem	ter	seu	
uso	alterado,	ao	seremsolicitadas	por	cargas	maiores,	ou	mesmo	pela	exigên-
cia	de	uma	nova	composição	estrutural,	o	que	pode	resultar	na	necessidade	
de	um	reforço	estrutural.	
Através	de	soldagem	de	chapas	ou	perfis	a	vigas	e	pilares	existentes,	é	possível	
reforçá-las	com	facilidade,	permitindo	um	aumento	nos	vãos	e	nas	cargas.	
Este	aspecto	também	se	torna	de	suma	importância	na	recuperação	de	estru-
turas	que	foram	sujeitas	a	sinistros.