Estruturas de Aço

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Estrutura de Aço 
 
Mauro César de Brito e Silva1 
 
1 - Introdução 
 
O aço talvez seja o mais versátil de todos os materiais estruturais. Ele 
tanto resiste bem à tração quanto a compressão. E isso faz dele um material 
de alta resistência às cargas de flexão como também as cargas axiais. 
O aço também é mais forte dos materiais estruturais, cerca de 20 
vezes mais forte que a madeira e 10 vezes mais forte que o concreto, e isto 
faz com que ele tenha uma ótima performance em edifícios altos e pontes de 
grandes vãos. Sendo esta uma das principais características do aço, é 
possível conseguir edificações com elementos estruturais muito esbeltos e 
com baixo volume de material estrutural. 
A maioria das estruturas de aço tem geometria regular e retilínea, e 
são formadas por perfis laminados ou soldados, sendo “Ι” e “H” os tipos que 
são muito utilizados como vigas e colunas dos edifícios. Outro tipo de perfil 
muito utilizado neste tipo de estrutura são os perfis de chapa dobrados que 
normalmente são usados em estruturas leves e de cobertura. A figura 1.1 
mostra um detalhe de encontro entre uma coluna, em perfil soldado tipo “H” e 
as vigas, em perfil soldado do tipo “Ι”. 
 
 
Figura 1.1 
 
Apesar dos perfis em aço terem geometria retilínea é possível fabricá-
los também em formas curvas. Entretanto levando-se em consideração o 
sistema de pré-fabricação utilizado neste tipo de construção, faz-se 
necessário a utilização de elementos estruturais regulares e repetitivos, 
apesar de algumas edificações serem irregulares e curvilíneas. 
Assim uma estrutura de aço de um edifício tem uma forma 
relativamente simples, e o arquiteto terá uma liberdade muito grande no que 
diz respeito ao planejamento do interior e do tratamento externo da 
edificação. O interior pode ser subdividido com paredes não estruturais e 
ainda pode existir um planejamento individualizado por pavimento. 
 
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 Professor Assistente III, Departamento de Artes e Arquitetura, Universidade Católica de Goiás, 
Goiânia, Goiás, Brasil 
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2 – Vantagens 
 
• Resistência: O aço tem como grande vantagem a alta 
resistência do material, e que com sua alta relação resistência-
peso fazem dele um material de utilização muito ampla; 
• Controle de qualidade: o aço é um material produzido nas 
siderúrgicas, que permite que suas dimensões e controle de 
qualidade sejam cuidadosamente controlados; 
• Pré-fabricação: As estruturas de aço utilizam componentes pré-
fabricados que conseqüentemente faz da montagem delas um 
processo rápido e simples mesmo em locais em que as 
condições de trabalho não são apropriadas; 
• Aparência: E devido à performance do aço como elemento 
estrutural as estruturas que utilizam este material oferecem ao 
arquiteto a possibilidade de obterem-se edificações muito 
elegantes, pois são estruturas de grande precisão com 
elementos estruturais muito esbeltos; 
• Tempo de execução: Devido à fabricação industrial e seriada; 
• Maior facilidade de ampliação: Devido à precisão, menores 
dimensões das peças e da fabricação fora do local da obra; 
• Maior limpeza da obra: devido à ausência de detritos como 
restos de formas, escoramento e ferragens; 
• Maior confiabilidade: O aço é um material único e homogêneo, 
com limite de escoamento, limite de ruptura e módulo de 
elasticidade bem definidos. As estruturas de aço são fabricadas 
e montadas por profissionais qualificados. 
 
 
3 – Desvantagens 
 
• Custo: normalmente o custo básico das estruturas de aço são 
maiores do que as equivalentes em madeira ou concreto 
armado, entretanto o tempo de construção reduzido pode ser 
um fator compensatório. 
• Corrosão: outra desvantagem é que a maioria dos aços não 
estáveis quimicamente fazendo dele um material em que a 
proteção contra corrosão seja uma necessidade. 
• Performance ao fogo: o aço perde sua capacidade de receber 
cargas quando a temperatura é maior que 500oC o que significa 
que a estrutura entrará em colapso na eventualidade de 
incêndios, ou seja, a necessidade de prover uma proteção 
contra fogo a estrutura pode se torna problemática se existe 
uma intenção de ter a estrutura exposta como parte da 
expressão arquitetônica. 
• Peso: a densidade do aço é alta e isso faz com que os 
componentes individuais sejam pesados. Elementos tais como 
as vigas e colunas são difíceis de serem movimentados no local 
da obra, fazendo o uso de equipamentos tais como guindastes 
uma necessidade no que diz respeito à montagem da estrutura. 
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4 – Principais fases da construção metálica 
 
• Projeto de Arquitetura 
• Projeto Estrutural 
• Desenhos de fabricação 
• Desenhos de Montagem 
• Jateamento e pintura: preparação das peças para recebimento 
da proteção contra corrosão e pintura definitiva; normalmente, a 
estrutura sai da fabrica com a pintura de fundo (primer) e o a 
pintura definitiva, ficando a última demão para ser aplicada após 
a montagem; 
• Transporte: estudo dos tamanhos das peças para que elas 
sejam movimentadas normalmente; 
• Montagem: as peças são unidas compondo o sistema 
estrutural, dentro de um planejamento que estabelece o uso de 
equipamentos e ferramental; é quando o bom projeto, feito por 
profissionais qualificados e competentes, demonstra sua força; 
• Controle de qualidade: feito durante todas as fases da 
construção metálica. Garante todas as características exigidas 
pelo usuário final. 
 
 
5 – As propriedades e composição do aço 
 
Na sua forma mais simples, o aço é o ferro gusa refinado, contendo de 
0,02% a 2% de carbono. Existe uma grande diversidade de Aço-Liga que 
pode ser produzida com adição de outros elementos ao aço básico. Alguns 
dos elementos de liga mais importante são: 
- Manganês: usado praticamente em todo aço comercial. Melhora a 
resistência, auxilia na remoção do oxigênio e corrige os efeitos adversos do 
enxofre; 
- Níquel: aumenta a dureza, a resistência, a durabilidade, a rigidez e a 
resistência a corrosão; 
- Cobre: melhora a resistência a corrosão; 
- Silício: melhora as características magnéticas; 
- Molibdênio: melhora a temperabilidade e a dureza; 
- Cromo: melhora as qualidades de endurecimento e a resistência a 
corrosão; 
- Vanádio: melhora as propriedades mecânicas, características de 
tratamento térmico e a dureza. 
 
Os aços estruturais, que são adequados para o uso em elementos que 
suportam cargas, podem ser agrupados sob três classificações gerais, para 
as quais as faixas de tensão mínima de escoamento especificado são 
aproximadamente: 
 
- Aços carbono: 195 a 260 Mpa 
- Aços de alta resistência e baixa liga: 290 a 345 Mpa 
- Aços-liga para construção, tratados termicamente: 630 a 700 Mpa 
 
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Os aços carbono são geralmente usados quando forem baixas as 
solicitações de cálculo e quando o critério principal de dimensionamento for a 
rigidez da estrutura. Segundo a NBR 7007 o aço MR 250, que é 
correspondente ao ASTM A36, é um aço carbono, soldável e disponível sob a 
forma de perfis estruturais, que tem tensão de escoamento igual a 250 Mpa e 
tensão de ruptura igual a 400 Mpa. Os principais aços estruturais ASTM e 
sua utilização estão apresentados na tabela 1. 
 
Tabela 1 - Aços Estruturais ASTM 
ESPECIFICAÇÃO ASTM TIPOS DE PRODUTOS UTILIZAÇÃO 
A36 Perfis, chapas e barras 
Construção soldada e parafusada; 
pontes, edifícios, torres e uso 
estrutural geral. 
A242 Perfis, chapas e barras 
Construção soldada e parafusada; 
pontes, edifícios, torres e uso 
estrutural geral. A resistência à 
corrosão atmosférica é cerca de 4 
vezes maior que o do aço carbono. 
A570 Chapas finas e tiras, laminadas a quente, em bobinas ou cortadas 
Perfis formados a frio usados em 
edifícios, construção soldada, 
parafusada com parafusos comuns 
ou auto-atarrachantes.
A588 Perfis, chapas e barras de alta 
resistência e baixa liga 
Usado principalmente em pontes 
soldadas e em edifícios. A 
resistência à corrosão atmosférica é 
cerca de 4 vezes maior que o do 
aço carbono. 
A606 
Chapas finas e tiras de alta 
resistência e baixa liga, laminadas a 
quente e a frio 
Uso em estruturas e em outras 
finalidades onde for importante a 
economia de peso e a maior 
durabilidade 
 
 
 Os aços estruturais com limites de escoamento iguais ou superiores a 
290 Mpa, que adquirem resistência pela adição de pequenas quantidades de 
elementos de liga, ao invés de tratamento térmico, são designados aços de 
alta resistência e baixa liga. Eles são disponibilizados na forma de chapas, 
perfis estruturais, barras, tubos estruturais, chapas finas e bobinas, 
apresentam uma combinação de alta resistência, soldabilidade e resistência 
a corrosão atmosférica. 
 Os aços tratados termicamente contêm elementos de liga e são 
adequados para as aplicações estruturais. Sendo temperados, têm limites de 
escoamento que variam de 630 a 700 Mpa. Além da resistência a corrosão 
atmosférica que é 4 vezes maior que a do aço carbono, é um aço de 
resistência a abrasão, que é de aproximadamente o dobro da do aço 
carbono. 
 
 
6 – Produtos de aço 
 
 As usinas produzem aço estrutural sob diversas formas: chapas, 
barras, perfis laminados, cabos, fios trefilados e outras. Normalmente os três 
primeiros são fabricados em laminadores que, em sucessivos passes, dão ao 
aço pré-aquecido a seção desejada. 
 
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 As chapas são produtos laminados, nos quais uma dimensão, a 
espessura, é muito menor que a largura e o comprimento. Elas são divididas 
em duas categorias: 
 - chapas finas, com espessuras geralmente fornecidas em bitolas, 
sendo usual no Brasil a bitola MSG (Manufacture’s Standard Gauge), por 
exemplo: 3,80 mm (MSG no9), 3,42 mm (MSG no10), 3,04 mm (no11), 2,66 
mm (no12), 2,28 mm (no13), 1,9 mm (no14), 1,71 mm (no15) , 1,52 mm (no16) 
 - chapas grossas, de espessura igual ou superior a 4,76 mm (3/16”) 
 
 As barras são produtos laminados nos quais duas dimensões da 
seção transversal são pequenas em relação ao comprimento. 
 As barras são laminadas em seção circular, quadrada ou retangular 
alongada; estas últimas são chamadas vulgarmente de barras chatas. 
 
Os perfis laminados são produzidos em laminadores e tem grande 
eficiência estrutural, em forma de H, I, C, L como mostra a figura 6.1. 
 
 
 Figura 6.1 
 
 
 Os perfis H, I, C são produzidos em grupos, sendo os elementos de 
cada grupo de altura h constante e largura das abas b variável; a variação da 
largura se obtém aumentando o espaçamento entre os rolos laminadores de 
maneira que a espessura da alma tem variação igual à da largura das abas. 
 
Figura 6.2 
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 Os perfis C são normalmente denominados perfis U. E os perfis L, 
denominados de cantoneiras, são fabricados em diversas espessuras para 
cada tamanho das abas e elas também podem ter abas iguais ou diferentes. 
 Além dos perfis H, I, C, L é possível conseguirem seções fechadas do 
tipo circular e retangular como mostra a figura 6.2. 
 Os perfis laminados podem dar origem a outro tipo de perfil, utilizados 
nas vigas alveolares ou casteladas, que são obtidas com o recorte e 
soldagem destes perfis. Estas vigas são muito eficientes, pois com o 
aumento de sua altura elas resistem a momentos fletor de grande intensidade 
com a mesma seção transversal e volume de material de um perfil laminado 
simples. A figura 6.3 ilustra o recorte, a soldagem do perfil laminado e a nova 
altura obtida. 
 
 Figura 6.3 
 
 
 Os perfis formados por chapas dobradas a frio são perfis leves 
obtidos por dobramento a frio de chapas de aço. Os perfis podem ser 
produzidos por dois processos, através da prensagem que utiliza máquinas 
conhecidas por dobradeiras ou guilhotinas. Ou através da calandragem 
utilizando máquinas chamadas de dobradeira de produção continua. A figura 
6.4 mostra um perfil U e um perfil L. 
 
 Figura 6.4 
 
 
 
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 Os fios, cordoalhas e cabos são obtidos por trefilação. Os fios 
podem ser fabricados utilizando aço doce ou aço de alto carbono (duro), que 
são empregados em cabos de protensão de estruturas de concreto. A figura 
6.5 ilustra exemplos de fios, cordoalha e cabos. 
 
 
 
Figura 6.5 
 
 
 Os perfis soldados (a) são formados pela associação de chapas e os 
perfis compostos (b, c e d) são formados pela associação de perfis 
laminados simples. A ligação que forma estes perfis normalmente é 
conseguida através de soldagem. Estes perfis são mostrados na figura 6.6. 
 
 
 
 
Figura 6.6 
 
 
 Além dos perfis listados anteriormente, alguns componentes de forma 
complexa podem ser produzidos em aço através de fundição, como outros 
metais. Esta técnica é normalmente utilizada na fabricação de peças 
pequenas, mas excepcionalmente pode ser usada em elementos de grande 
dimensão e geometria complexa, como os elementos estruturais, mostrados 
na figura 6.7, chamados de “Gerberette” usados no “Centre Pompidou, Paris, 
França” projeto dos arquitetos Renzo Piano e Richard Rogers. 
 
 
 Figura 6.7 
 
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 7 – Meios de ligação 
 
 As peças estruturais obtidas a partir de perfis ou chapas são ligadas 
entre si compondo elementos ou conjuntos estruturais completos. As ligações 
são executadas seguindo as indicações contidas nos desenho de fabricação 
e nos desenhos de montagem. 
 As ligações podem ser permanentes, utilizando rebite (em desuso) ou 
solda elétrica, ou podem ser desmontáveis, com o uso de parafusos e/ou 
pinos. 
 A solda elétrica consiste basicamente na fusão local conjunta de duas 
peças a serem ligadas, o metal base, e de um eletrodo, o metal solda, 
através da alta temperatura provocada por arco elétrico; após o resfriamento, 
o metal da solda depositado serve de meio de união entre as duas peças. 
 Os 4 principais processos de soldagem utilizados nas estruturas de 
aço são: arco elétrico com eletrodo revestido (SWAW – “shielded metal arc 
welding”), arco submerso (SAW – “submerged arc welding”), arco elétrico 
com proteção gasosa (GMAW – “gas metal arc welding”) e arco elétrico com 
fluxo no núcleo (FCAW – “flux cored arc welding”) 
 Existem dois tipos básicos de parafusos: os comuns ASTM A307 e os 
de alta resistência ASTM A325 e ASTM A490. Os parafusos de alta 
resistência são montados com controle de aperto para que seja obtida uma 
protensão inicial mínima no corpo do parafuso. Para garantir esta protensão 
inicial existem diferentes processos de instalação dos parafusos bem como 
exigências relativas ao uso de arruelas endurecidas. A figura 7.1 ilustra o 
funcionamento dos dois tipos de parafusos. O parafuso comum, ilustração 
superior, transmite a carga por cisalhamento. Isto causa uma concentração 
de tensão no corpo do parafuso e não é eficiente, entretanto as construções 
que utilizam este tipo de conexão são simples e de custo mais baixo. Já os 
parafusos de alta resistência, ilustração inferior, transmitem a carga por atrito 
entre as chapas que formam a conexão. Esta conexão é mais eficiente e 
reduz a concentração de tensão, entretanto as tolerâncias de fabricação dos 
elementos da conexão devem ser mínimas. 
 Os parafusos têm seu emprego praticamente limitado às ligações de 
campo, enquanto as ligações executadas nas fabricas são normalmente 
soldadas. 
 
 
 
Figura 7.1 
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 Com relação à performance das ligações dos elementos estruturais 
existem basicamente dois tipos. As ligações rotuladas e as rígidas. As 
rotuladas transmitem somente os esforços axiais e cortantes entre os 
elementos, não existindo, portanto a transmissão de momento fletor. Em 
outras palavras, pode existir rotação relativa entre eles. Portanto,
o 
comportamento da ligação é similar ao de uma rotula. Já as ligações rígidas 
transmitem esforços axiais, cortantes e momentos fletores entre os 
elementos conectados, portanto é uma ligação onde não existe nenhum tipo 
de movimento relativo entre os elementos conectados. As ligações rígidas na 
figura 7.2 e as ligações rotuladas são ilustradas na figura 7.3. 
 
 
 
 
Figura 7.2 
 
 
 A definição do tipo de ligação e a disposição dela no sistema estrutural 
é uma importante consideração no projeto das estruturas de aço. A 
estabilidade e a estaticidade são os principais fatores que influirão na escolha 
do tipo de ligação. As estruturas estaticamente determinadas, com ligações 
rotuladas, são mais simples de serem executadas e tem um custo mais baixo 
que as estruturas hiperestáticas ou estaticamente indeterminadas, com 
ligações rígidas. Entretanto as estruturas estaticamente determinadas são 
instáveis e necessitam de sistemas de estabilização, tais como os 
contraventamentos em forma de “X”. Já as estruturas com ligações rígidas, 
devido a sua condição de estaticamente indeterminada, são estruturas que 
não necessitam de sistemas de estabilização, ou seja, elas se auto-
estabilizam. 
 
 
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Figura 7.3 
 
 
8 – Projetos e desenhos 
 
 8.1 - Projeto de Arquitetura: deve partir da concepção inicial de que a 
estrutura será de aço, daí decorrendo a escolha de vãos, do sistema de 
vigamento de pisos e da concepção arquitetônica e estrutural. Geralmente as 
estruturas de aço exigem o uso de elementos industrializados de 
acabamentos, cabendo ao arquiteto projetá-los conforme a capacidade 
industrial disponível no país, ou utilizar elementos desenvolvidos pelos 
fabricantes desses acabamentos. A rapidez de montagem e o próprio 
conceito de pré-fabricação de uma estrutura de aço devem ser estendidos a 
todos os demais elementos componentes sem função estrutural. 
 8.2 - Projeto Estrutural: é um processo que envolve a configuração, as 
ações, as condições de contorno, as propriedades dos materiais e as 
especificações. 
8.3 - Desenhos de fabricação (figura 8.1): são aqueles que detalham 
peça por peça da estrutura a ser fabricada. Especificando os perfis, as 
dimensões e extensões de soldas, número de furos, diâmetros, 
espaçamentos, tipos de acabamento e outros detalhes. 
 8.4 - Desenhos de Montagem (figura 8.2): descrevem de forma clara a 
maneira com que a estrutura será montada e em certos casos a seqüência 
de montagem; 
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Figura 8.1 
 
 
 
 
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Figura 8.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9 – Referencias bibliográficas 
 
1 – Rebello, Y.C.P., Estruturas de Aço, Concreto e Madeira – Atendimento da Expectativa 
Dimensional, Zigurate Editora, São Paulo, 2005. 
 
2 – MacDonald, A.J., Structural Design for Architecture, Reed Educational and Professional 
Publishing Ltd., Great Britain, 1997. 
 
3 – Robbin, T., Engineering a New Architecture, Yale University Press, New Haven and 
London, 1996. 
 
4 – McCormac, J.C., Structural Steel Design-LRFD Method, Harper Collins College 
Publishers, New York, 1995. 
 
5 – Thornton, C. H., Exposed Structure in Building Design, McGraw-Hill Inc., U.S.A., 1993. 
 
6 – Queiroz, G., Elementos das Estruturas de aço, Belo Horizonte, 1991. 
 
7 – Pfeil, W., Estruturas de Aço – Dimensionamento prático, Livros Técnicos e Científicos 
Editora Ltda., Rio de Janeiro, 1988. 
 
8 – MIC, Manual Brasileiro para Cálculo de Estruturas Metálicas, Rio de Janeiro, 1986.