Aula Introdução às Estruturas de Aço

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Estruturas de Aço 
Introdução às Estruturas de Aço 
Prof. Msc. Igor Leite 
Ementa do Curso 
 
• Introdução às Estruturas de Aço 
• Método de segurança e método dos estados limites 
• Barras tracionadas 
• Ligações parafusadas 
• Ligações soldadas 
• Barras comprimidas 
• Barras fletidas 
• Trabalho: Dimensionamento de um galpão em estrutura 
metálica. 
Avaliações 
 Será avaliado o desempenho do aluno por meio de prova e 
trabalho. 
 
A prova A1 valerá 10,0 pontos e serão cobrados tópicos 
ministrados em sala de aula. 
A prova A2 valerá 7,0 pontos e terá um trabalho para compor 
a nota, valendo 3,0 pontos que deverá ser feito em grupo. 
A prova A3 valerá 10,0 pontos e abrangerá todo o conteúdo 
ministrado. 
Material Didático 
 As aulas aqui expostas serão fornecidas via link virtual, 
através do endereço: 
AMBIENTE EAD - ONLINE 
Serão resolvidos exercícios em salas de aula, os quais serão 
cobrados durante a prova. 
 
PFEIL, W. & PFEIL, M. (2009). Estruturas de Aço. 
Dimensionamento prático de acordo com a NBR 8800:2008: 
Livros Técnicos e Científicos; 
PINHEIRO, B. (2001). Estruturas Metálicas - Cálculos, Detalhes, 
Exercícios e Projetos. Editora Edgard Blucher Ltda.; 
Histórico das Estruturas de Aço 
 As estruturas metálicas têm sido usadas desde o século 
XII, na forma de tirantes e pendurais de ferro fundido, que 
funcionavam como elementos auxiliares em estruturas de 
madeira. No século XVI tornaram-se comuns as estruturas de 
telhado em ferro fundido, com sistemas estruturais pouco 
racionais, uma vez que nessa época a análise estática 
encontrava-se em fase inicial de desenvolvimento. 
 
Histórico das Estruturas de Aço 
Histórico das Estruturas de Aço 
De 1900 até nossos dias, houve grande desenvolvimento no 
estudo do comportamento das estruturas de aço, 
principalmente no que se refere à instabilidade e à 
plasticidade, foi inventada a solda elétrica, criados os 
parafusos de alta resistência e os aços de alta resistência 
mecânica e resistentes à corrosão atmosférica. Passaram a 
ser construídos corriqueiramente edifícios de andares 
múltiplos, centros de compras (shopping centers), pontes, 
pavilhões de exposições, coberturas de ginásios de esportes e 
de estádios, edifícios industriais, torres de transmissão de 
energia e de telecomunicações, etc., com sistemas 
estruturais cada vez mais criativos e ousados. 
 
Histórico das Estruturas de Aço 
Processo Siderúrgico 
• É o processo de obtenção do aço, desde a chegada do 
minério de ferro até o produto final a ser utilizado no 
mercado, em diferentes setores; 
 
Aço: 
• liga metálica composta principalmente de ferro e carbono 
 
Processo Siderúrgico 
• O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de 
ferro, carvão e cal. A fabricação do aço pode ser dividida 
em quatro etapas: 
 
1. Preparação da carga 
2. Redução 
3. Refino 
4. Laminação 
 
Processo Siderúrgico 
1. Preparação da carga 
• O carvão é processado na coqueria e transforma-se em 
coque. 
• Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada 
utilizando-se cal e finos de coque. O produto resultante é 
chamado de sinter. 
 
 
 
Processo Siderúrgico 
2. Redução 
• Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas 
no alto forno. 
• Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000°C é soprado 
pela parte de baixo do alto forno. 
• O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que 
funde a carga metálica e dá início ao processo de redução 
do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa. 
• O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de 
carbono muito elevado. 
 
 
 
Processo Siderúrgico 
3. Refino 
• Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para 
transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e 
aço em aço líquido. 
• Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido 
juntamente com impurezas. 
• A maior parte do aço líquido é solidificada em 
equipamentos de lingotamento contínuo para produzir 
semi-acabados, lingotes e blocos. 
 
 
 
Processo Siderúrgico 
4. Laminação 
 
• Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por 
equipamentos chamados laminadores e transformados em 
uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja 
nomenclatura depende de sua forma e/ou composição 
química. 
 
 
 
Processo Siderúrgico 
Tipos de Produtos 
Produtos Siderúrgicos 
 Perfis laminados, Barras e Chapas. Perfis cantoneiras, I, H 
e U. 
Produtos Metalúrgicos 
 Perfis Soldados e de Chapa Dobrada 
 
 
Produtos Siderúrgicos (Laminados) 
Perfis I Laminados Padrão Americano (Série I) “abas 
inclinadas” 
 
 
 
 
Perfis I Laminados Abas Paralelas (Série W) 
 
 
 
Padrão Comercial de Perfis Metálicos 
Padrão Comercial de Perfis Metálicos 
Padrão Comercial de Perfis Metálicos 
Características Geométricas 
Para o dimensionamento de peças estruturais, é 
imprescindível a determinação das características 
geométricas’ das seções transversais das mesmas. 
Sem esse mecanismo determinante da capacidade 
portante das estruturas, não se consegue 
dimensionar os componentes da estrutura, tão 
pouco se verificar a estabilidade individual e global 
das estruturas analisadas. Dessa maneira, temos 
como ‘características geométricas’ principais os 
seguintes tópicos: 
Características Geométricas 
a) Área 
b) Centro de Gravidade 
c) Momento de Inércia 
d) Raio de Giração 
e) Momento Resistente Elástico 
f) Momento Resistente Plástico 
 
Características Geométricas 
Área: 
 
Cálculo de Área de um perfil ‘ I ‘ Soldado 
Área Total = AI + AII + AIII 
A = (18x150) + (270x5) + (12x150) 
A = 5.850 mm² ou 58,50 cm² 
 
 
Características Geométricas 
Cálculo do centro de gravidade: 
 
 
 
Características Geométricas 
Cálculo do centro de gravidade: 
 
 
 
Características Geométricas 
Cálculo do momento de inércia: 
 
 
 
Momento de Inércia de uma figura plana em relação ao eixo 
do seu plano é a somatória dos produtos da área de cada 
elemento da superfície, pelo quadrado de sua distância, 
somado ao momento de inércia da peça isolada (Teorema 
de Steiner). 
Características Geométricas 
Cálculo do momento de inércia: 
 
 
 
Características Geométricas 
Cálculo do momento resistente: 
 
 
 
Para o cálculo desse Momento Resistente, basta 
aplicarmos, assim como para o cálculo do raio de giração, 
simples equação matemática, pois: 
Propriedades dos aços estruturais 
 
O primeiro ponto a ser analisado deve ser o diagrama de 
tensão-deformação, para se analisar e entender o 
comportamento estrutural. Quando solicitamos um corpo de 
prova ao esforço normal de tração, podemos obter valores 
importantes para a determinação das propriedades mecânicas 
dos aços. 
 
As primeiras propriedades mecânicas que devem ser salientadas 
são: 
Fy : Tensão limite de resistência à tração (variável para os tipos 
de aço) 
Fu : Tensão última de resistência à tração (variável para os tipos 
de aço) 
E : Módulo de Elasticidade = 200 Gpa 
Propriedades dos aços estruturais 
 
ν : Coeficiente de Poisson = 0,30 
Coeficiente de Poisson é o coeficiente de 
proporcionalidade entre as deformações longitudinal e 
transversal de uma peça. 
 
β : Coeficiente de Dilatação Térmica = 12 x 10-6 C 
Coeficiente de Dilatação Térmica do material é a variação 
por unidade de comprimento e por grau de temperatura 
Propriedades dos aços estruturais