Estruturas Metálicas - Fabricação e Montagem

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ESTRUTURAS METÁLICAS 
MATERIAIS
Eng. Alexandre L. Vasconcellos
DEFINIÇÃO & IMPORTÂNCIA
AÇO LIGA FERRO-CARBONO E 
ELEMENTOS ADICIONAIS;
APLICAÇÕES NAS ENGENHARIAS;
1855: AÇO MAIS DÚTIL;
1931: INTRODUÇÃO DA SOLDA GRANDES OBRAS;
ASSOCIAÇÃO COM O CONCRETO
CONCRETO 
ARMADO
CONCRETO 
PROTENDIDO
AÇOS UTILIZADOS EM 
ESTRUTURAS
AÇOS CARBONO
BAIXO CARBONO: 0,15% C
MODERADO: 0,15%<C<0,30%
MÉDIO CARBONO: 0,30%<C<0,60%
ALTO CARBONO: 0,60%<C<1,70%
AÇOS LIGAS: MODIFICAÇÃO DA MICROESTRUTURA
PRODUTO SIDERÚRGICO
OBTENÇÃO DO AÇO
MINÉRIO DE 
FERRO 
(HEMATITA)
PREPARAÇÃO 
DO MINÉRIO E 
CARVÃO
REDUÇÃO 
DO 
MINÉRIO
REFINO CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Influência dos elementos químicos nas 
propriedades do aço 
elemento tensão de 
ruptura
tensão de 
escoamento
deformaçã
o
dureza resiliência soldabilidade resistênci
a à 
corrosão
fragibilidade 
ao frio
C ++ + - - ++ - - o o
Si + + - + - - - - o
S - - o - - o o o
P ++ + - - + - - - + ++
Mn + + - + + o + o
Ni + + o + + o + o
Cr + + o + + o + o
Cu o o o o o o ++ o
V + + - + o + + o
Mo + + - + o + + o
Ti + + o + - + o o
Al o o o o - o o o
PRODUTOS DE AÇO PARA USO EM 
EDIFÍCIOS
CHAPAS FINAS A FRIO
CHAPAS ZINCADAS
CHAPAS FINAS A QUENTE
CHAPAS GROSSAS
CHAPAS DE PISO
PRODUTOS DE AÇO PARA USO EM 
EDIFÍCIOS
BARRAS REDONDAS
CANTONEIRAS LAMINADAS
PERFIS TIPO “I”, “H” e “U” 
� IPN
� IPE
� WF
� HE
PRODUTOS DE AÇO PARA USO EM 
EDIFÍCIOS
TUBOS ESTRUTURAIS
PERFIS SOLDADOS
PERFIS DOBRADOS
CHAPAS FINAS A FRIO
espessuras : 0,38mm a 2,65mm
larguras : 1.000mm, 1.100mm, 1.200mm, 
1.300mm, 1.400mm e 1.500mm
comprimentos : 2.000mm, 2.500mm e 
3.000mm
usos gerais na construção como
complementos: esquadrias, dobradiças,
portas, batentes etc.
Bobina de chapa fina laminada 
a frio
CHAPAS ZINCADAS
espessuras : 0,25mm a 1,95mm 
larguras : 1.000mm e 1.200mm 
comprimentos : 2.000mm e 3.000mm
uso em elementos complementares 
como telhas, calhas, caixilhos, dutos de 
ar condicionado, estruturando divisórias 
do tipo “dry wall” etc, e principais como 
o steel deck.
CHAPAS FINAS A QUENTE
espessuras : 1,20mm a 4,75mm 
larguras : 1.000mm, 1.100mm, 1.200mm e 
1.500mm 
comprimentos : 2.000mm, 3.000mm e 
6.000mm 
utilizadas na produção de tubos de grandes 
diâmetros, de perfis dobrados para utilização 
em terças, vigas treliçadas de aço ou mistas, 
colunas tubulares com pequenas solicitações 
etc.
Chapa fina laminada a quente
CHAPAS GROSSAS
espessuras : 6,30mm a 100mm
larguras : 1.000mm a 3.800mm
comprimentos : 6.000mm e 12.000mm
usadas na construção de edifícios como 
chapas de conexão e principalmente 
para a formação de perfis soldados 
trabalhando como vigas, colunas, 
estacas etc.
Bobina de chapa grossa 
laminada a quente
Chapa grossa laminada a 
quente
CHAPAS DE PISO
são utilizados aços de qualidade comercial
fabricadas com variações nos padrões do desenho e 
nas dimensões dos ressaltos 
espessuras : medidas sem o relevo, de 3,00mm a 
9,50mm
altura média do ressalto de 1,60mm
larguras : 1.000mm, 1.100mm, 1.200 mm e 1.500mm
comprimentos : 2.000mm, 3.000mm e 6.000mm
limitam-se a pisos de heliponto, degraus de escadas 
e patamares
Bobina de chapa fina de piso
Chapa grossa de piso
Barras redondas
diâmetros : 6,35mm a 76,2mm
comprimento padrão de 6.000 mm e 
12.000mm
confecção de chumbadores, parafusos 
e tirantes 
Cantoneiras laminadas
espessuras : 3mm a 25mm
aba : 12,7mm a 203mm
de fundamental importância 
na estrutura metálica com 
aplicação na união de 
peças, na formação de 
banzos, diagonais e 
montantes de tesouras, 
treliças, e vigas, na 
confecção de 
contraventamentos etc.
Perfis tipo “I”, “H” e “U” 
laminados
IPN : as faces internas dos 
perfis I têm inclinação de 14% 
IPE : perfis I de abas paralelas e 
estreitas – série européia
WF (perfis I e H de abas paralelas 
estreitas e largas série americana)
HE (perfis de abas paralelas e largas –
série européia) 
Perfis tipo “T” formados a partir de 
perfis tipo “I” de abas paralelas
TUBOS ESTRUTURAIS
PERFIS SOLDADOS
PERFIS DOBRADOS
Cantoneira de abas iguais
 
U simples
U enrijecido
PERFIS DOBRADOS
Z enrijecido a 90˚
Z enrijecido a 45˚
Cartola
Normas e especificações
junto com os desenhos, fornecem aos 
contratados (fabricantes, montadores e 
outros prestadores de serviços) 
informação completa referente aos 
requisitos necessários estabelecidos 
pelo proprietário e o calculista 
Normas e especificações
As especificações de materiais são 
estabelecidas no Brasil pela Associação 
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), 
entretanto, é usual a utilização de 
especificações dos Estados Unidos, 
principalmente da “American Society for 
Testing Materials” (ASTM).
Normas ASTM 
descrevem de forma detalhada as 
características mínimas exigidas para 
cada tipo de material no que se refere 
aos requisitos a serem satisfeitos pelo 
material
Outras normas
“American Institute of Steel 
Construction” (AISC)
“American Welding Society” (AWS)
“American Iron and Steel Institute” 
(AISI)
EUROCODE 
ASTM
Tipo de aço Designação
ASTM
grau fy(MPa)
fu(MPa)
produto grupo
A36 - 250 400 a 550 perfis todos
- 250 400 a 550 chapas t ≤ 200mm
Aço carbono - 250 400 a 550 barras t ≤ 100mm
A570 40 280 380 chapas todos
45 310 410 chapas todos
50 340 450 chapas todos
ASTM
A441 - 345 485 perfis 1 e 2
- 315 460 perfis 3
- 345 485 chapas e 
barras
t ≤ 19mm
- 315 460 chapas e 
barras
19 < t ≤ 38mm
Aço de baixa - 290 435 chapas e barras
38 < t ≤ 100mm
liga e alta - 275 415 chapas e barras
100 < t ≤ 200mm
resistência 
mecânica
A572 42 290 415 perfis todos
50 345 450 perfis todos
60 415 520 perfis 1 e 2
65 450 550 perfis 1
42 290 415 chapas t ≤ 150mm
50 345 450 chapas t ≤ 50mm
ASTM
A242 - 345 480 perfis 1 e 2
Aço de baixa - 315 460 perfis 3
liga e alta - 345 480 chapas e barras
t ≤ 19mm
resistência - 315 460 chapas e barras
19 < t ≤ 38mm
mecânica, - 290 435 chapas e barras
38 < t ≤ 100mm
resistente à A588 - 345 485 perfis todos
corrosão - 345 485 chapas e barras
t ≤ 100mm
atmosférica - 315 460 chapas e barras
100 < t ≤ 127mm
- 290 435 chapas e 
barras
127 < t ≤ 200mm
Similaridade entre aços
Tipo de aço Designação
COSIPA
grau fy 
(MPa)
fu 
(MPa)
chap
a
Espessuras 
disponíveis
Similaridade 
USIMINAS
Similaridade 
ASTM
Aço carbono COS CIVIL 300 300 400 a 
550
LQ(1) 2,0 ≤ t ≤ 8mm USI 
CIVIL300
A36 e
300 300 400 a 
550
CG(2) 6,3≤t≤50,8mm A570 grau 40
Aço de baixa liga e COS CIVIL 350 350 490 CG 6,3≤t≤50,8mm USI 
CIVIL350
A572 grau 50
alta resistência COS AR(3) 50 330 500 a 
630
CG 6,3≤t≤50,8mm - -
mecânica 55 380 550 a 
660
CG 6,3≤t≤31,5mm - -
60 450 600 a 
720
CG 6,3≤t≤31,5mm - -
Aço carbono COS AR 
COR
400 250 380 a 
520
LQ 2,0≤ t ≤9,5mm USI SAC 250 A709(4)grau36
resistente à 400 250 380 a 
520
CG 6,3≤t≤50,8mm
corrosão 400E 300 380 a 
520
LQ 2,0≤t≤12,5mm USI SAC 300 A709 grau 50
atmosférica 400E 300 380 a 
520
CG 6,0 ≤ t ≤16mm
Aço de baixa liga COS AR 
COR
500 375 490 a 
630
LQ 2,0≤t≤9,5mm USI SAC 350 A588
e alta resistência 500 375 490 a 
630
CG 6,3≤t≤50,8mm
mecânica,resistente 500 320 480 LF(5) 1,3 ≤ t≤2,0mm
à corrosão 460 570 a 
715
CG 6,3 ≤ t ≤16mm USI SAC 450 A709 grau 70
atmosférica 450 570 a 
715
CG 16 ≤ t ≤ 40mm
Diagrama 
tensão x deformação
Aços para parafusos 
estruturais
Rolo de fio máquina e produtos derivados
Parafusos comuns
Os parafusos estruturais comuns são 
fabricados conformeespecificação ASTM A307
Parafusos de alta resistência
empregados em ligações principais, fabricados a partir 
de barras ou fio máquina e posteriormente temperados 
e revenidos conforme as normas 
ASTM A325 e ASTM A490 
Limites de resistência mínimos para materiais 
utilizados em parafusos estruturais
Especificação 
ASTM
Fy (Mpa) Fu (Mpa) Diâmetro máximo 
(mm)
Tipo de material
A307 - 415 100 Comum, aço carbono
A325 Tipo I 635
560
825
725
12,7 ≤ d ≤ 25,4
25,4 ≤ d ≤ 38,1
Alta resistência, aço carbono
temperado
A325 Tipo III 635
560
825
725
12,7 ≤ d ≤ 25,4
25,4 ≤ d ≤ 38,1
Alta resistência, aço carbono
temperado resistente à corrosão
atmosférica
A490 895 1.035 12,7 ≤ d ≤ 38,1 Alta resistência, aço liga temperado
CONECTORES DE CISALHAMENTO 
TIPO PINO COM CABEÇA
diâmetros usuais variam de 12,7mm a 22,2mm
resistência mínima à tração de 415 MPa
≥1,5d
d h ≥4d
METAIS PARA SOLDAS
Processo de soldagem Sigla
Arco elétrico com eletrodo revestido ou “Shield Metal Arc Welding” SMAW
Arco submerso ou “Submerged Arc Welding” SAW
Arco elétrico com proteção gasosa ou “Gas Metal Arc Welding” GMAW
Arco elétrico com fluxo no núcleo ou “Flux Cored Arc Welding” FCAW
Soldagem com eletrodo 
revestido. Processo SMAW
 
Soldagem a arco submerso. 
Processo SAW
 
 
Soldagem com proteção 
gasosa. Processo GMAW