Estruturas Metálicas em Aço

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Mecânica Aplicada
(Estruturas Metálicas)
MATHEUS HENRIQUE PEREIRA
Estruturas metálicas
São definidas como estruturas metálicas as estruturas
composta por perfis metálicos que suportam todas as cargas que a
edificação está submetida.
Vários tipos de edificações podem ser constituídas por
estruturas metálicas de aço como residências, escolas, edifícios
altos, hotéis, escritórios, galpões industriais, postos de gasolina, etc.
Estruturas Metálicas
A estrutura é constituída por elementos separados, vigas,
colunas, treliças, e contraventamentos. Embora a estrutura seja
tridimensional os desenhos de projeto envolvem plantas, cortes,
vistas e detalhes de maneira a especificar toda a estrutura.
São estruturas formadas por associação de peças metálicas
ligadas entre si por meio de conectores ou solda. Estas peças têm
suas seções transversais limitadas em função da capacidade dos
laminadores e seus comprimentos limitados em função dos
transportes disponíveis. Os conectores mais usados são os
parafusos, uma vez que os rebites estão cada vez mais em desuso.
O uso do Aço
Liberdade no projeto de arquitetura - A tecnologia do aço confere
aos arquitetos total liberdade criadora, permitindo a elaboração de
projetos arrojados e de expressão arquitetônica marcante.
Maior área útil - As seções dos pilares e vigas de aço são
substancialmente mais esbeltas do que as equivalentes em concreto,
resultando em melhor aproveitamento do espaço interno e aumento
da área útil, fator muito importante principalmente em garagens.
O uso do Aço
Flexibilidade - A estrutura metálica mostra-se especialmente indicada nos
casos onde há necessidade de adaptações, ampliações, reformas e
mudança de ocupação de edifícios. Além disso, torna mais fácil a
passagem de utilidades como água, ar condicionado, eletricidade, esgoto,
telefonia, informática, etc.
Compatibilidade com outros materiais - O sistema construtivo em aço é
perfeitamente compatível com qualquer tipo de material de fechamento,
tanto vertical como horizontal, admitindo desde os mais convencionais
(tijolos e blocos, lajes moldadas in loco) até componentes pré-fabricados
(lajes e painéis de concreto, painéis "drywall", etc).
O uso do Aço
Menor prazo de execução - A fabricação da estrutura em paralelo com a
execução das fundações, a possibilidade de se trabalhar em diversas
frentes de serviços simultaneamente, a diminuição de formas e
escoramentos e o fato da montagem da estrutura não ser afetada pela
ocorrência de chuvas, pode levar a uma redução de até 40% no tempo de
execução quando comparado com os processos convencionais.
Racionalização de materiais e mão-de-obra - Numa obra, através de
processos convencionais, o desperdício de materiais pode chegar a 25%
em peso. A estrutura metálica possibilita a adoção de sistemas
industrializados, fazendo com que o desperdício seja sensivelmente
reduzido.
O uso do Aço
Alívio de carga nas fundações - Por serem mais leves, as estruturas
metálicas podem reduzir em até 30% o custo das fundações.
Garantia de qualidade - A fabricação de uma estrutura metálica
ocorre dentro de uma indústria e conta com mão-de-obra altamente
qualificada, o que dá ao cliente a garantia de uma obra com
qualidade superior devido ao rígido controle existente durante todo
o processo industrial.
Antecipação do ganho - Em função da maior velocidade de
execução da obra, haverá um ganho adicional pela ocupação
antecipada do imóvel e pela rapidez no retorno do capital investido.
O uso do Aço
Organização do canteiro de obras - Como a estrutura metálica é
totalmente pré-fabricada, há uma melhor organização do canteiro
devido entre outros à ausência de grandes depósitos de areia, brita,
cimento, madeiras e ferragens, reduzindo também o inevitável
desperdício desses materiais. O ambiente limpo com menor geração
de entulho, oferece ainda melhores condições de segurança ao
trabalhador contribuindo para a redução dos acidentes na obra.
Reciclabilidade - O aço é 100% reciclável e as estruturas podem ser
desmontadas e reaproveitadas.
O uso do Aço
Preservação do meio ambiente - A estrutura metálica é menos agressiva
ao meio ambiente pois além de reduzir o consumo de madeira na obra,
diminui a emissão de material particulado e poluição sonora geradas pelas
serras e outros equipamentos destinados a trabalhar a madeira.
Precisão construtiva - Enquanto nas estruturas de concreto a precisão é
medida em centímetros, numa estrutura metálica a unidade empregada é
o milímetro. Isso garante uma estrutura perfeitamente aprumada e
nivelada, facilitando atividades como o assentamento de esquadrias,
instalação de elevadores, bem como redução no custo dos materiais de
revestimento
Aços Estruturais – Perfis Usuais
Conteúdo Abordado:
Aços, Conceitos básicos, Aços ligas
Diagrama Tensão x Deformação
NBR 8800/2008 – Aços estruturais aplicáveis em estruturas.
Perfis Estruturais
Bibliografia
Aços
Segundo COLPAERT, “Aço é um produto obtido por via líquida,
isto é, são elaborados no estado de fusão. São chamados de aços
quando contêm de 0 a 2% de carbono. Habitualmente contêm
ainda outros elementos como manganês, silício, fósforo e enxofre,
em percentagens quase sempre pequenas e que são considerados
impurezas normais.”
Aços
Os aços referidos anteriormente são ditos como aços ao
carbono, comuns, ordinários ou sem liga e em literaturas técnicas
usa-se a expressão aços binários.
Aços especiais ou aços ligas são aqueles que contêm outros
metais ou metaloides1, que lhes são adicionados intencionalmente
com o fim de comunicar-lhes certas propriedades que os produtos
comuns não possuem.
Aços Ligas
Influência dos elementos de liga nas propriedades dos aços 
Propriedade/Elemento C Mn Si S P Cu Ti Cr Nb 
Resistência mecânica + + + - + + + +
Ductibilidade - - - - - - -
Tenacidade - - - +
Soldabilidade - - - - - - -
Resistência à corrosão - + + + + +
Desoxidante + +
Legenda: (+) efeito positivo; (-) efeito negativo Tabela 1 . Fonte: ABCEM
Aços Estruturais
Segundo PINHEIRO, “Os aços estruturais são fabricados
conforme características mecânicas e/ou químicas desejáveis no
produto final. A escolha do tipo de aço a ser utilizado em uma
estrutura, será determinante no dimensionamento dos elementos
que a compõem.”
Aços Estruturais
Os aços carbono estruturais são os mais amplamente utilizados
dentre todos os aços estruturais. Eles dependem do teor de Carbono
para desenvolver sua resistência, e tem limite de escoamento entre
170 e 275 MPa (Mega Pascal).
A escolha do aço para a construção de estruturas metálicas é
feita em função de aspectos ligados ao ambiente em que as
estruturas se localizam e da previsão do comportamento estrutural
de suas partes, devido a geometria e aos esforços solicitantes.
Diagrama Tensão x Deformação
Figura 1: Diagrama tensão deformação
Fonte: Pinheiro, Antônio Carlos da Fonseca. Estruturas Metálicas, Cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2ª Edicão. Editora Edgard Blucher.
f = Tensão do material
fu = Tensão última
fy = Tensão de escoamento
fp = Tensão de proporcionalidade
ε= Deformação
εu = deformação específica quando ocorre a
última tensão
εy = deformação específica limite quando ocorre a
tensãode escoamento
εp = deformação específica quando ocorre a
tensãode proporcionalidade
α= Ângulo de inclinaçãoda reta da região elástica.
Propriedades Mecânicas 
Segundo (NBR 8800/2008) – Item 4.5.2.9
“Para efeito de cálculos devem ser adotados, para os aços relacionados
na norma os seguintes valores:
Módulo de elasticidade: E = 200GPa
Coeficiente de Poisson: υa= 0,3
Coeficiente de dilatação térmica: β=12.10-6 oC-1
Massa específica: ρa=7850kg/m3
Módulo de elasticidade transversal: G=0,385E”
NBR 8800/2008 – Aços Estruturais
Os aços aprovados para utilização em perfis barrase chapas são
aqueles com classificação estrutural assegurada por norma brasileira ou
norma ou especificação estrangeira, desde que possuam resistência ao
escoamento máxima de 450MPa e relação entre as resistências à ruptura
e o escoamento não inferior a 1,18.
Permite-se ainda o uso de outros aços estruturais, desde que
atendam as especificações anteriores e que o responsável pelo projeto
analise as diferenças entre as especificações desses aços e dos
mencionados em especial nos métodos de amostragem para
determinação dos dados.
Figura 2: Tabela de aços
especificados por normas
brasileiras para uso estrutural
Fonte: Anexo da NBR8800/2008
ASTM = American Society for Testing and Materials.
Figura 3: Tabela de aços de uso
frequente especificados pela ASTM para
uso estrutural
Fonte: Anexo da NBR8800/2008
Figura 4: Tabela de Materiais usados em parafusos
Fonte: Anexo da NBR8800/2008
Figura 5: Tabela de Resistência à tração do metal de solda
Fonte: Anexo da NBR8800/2008
Principais tipos de aço
Perfis Estruturais Usuais
Peças laminadas: chapas, perfis laminados
Peças fabricadas: perfis soldados, perfis formados ou em chapa
dobrada, tubos, perfis compostos.
Chapas: são produtos planos de aço utilizados em reservatórios e
como componentes de perfis de vigas e pilares através de corte,
solda ou aparafusamento e dobramento.
Perfis Estruturais Usuais
Perfis Estruturais Usuais
Perfis Estruturais Usuais
Perfis Estruturais Usuais
Perfis Estruturais Usuais
Perfis soldados:
São apenas perfis do tipo I. São utilizados 
para vigas e colunas.
Cantoneiras
Podem ser de abas iguais ou desiguais
Por exemplo: L 89( b1 )x64( b2 )x6,4( t )
Perfis Laminados
são obtidos por laminação a quente,
podendo ser de dois tipos. A saber:
de abas inclinadas: faces internas das
abas não são paralelas às faces externas;
de abas paralelas: faces internas das
abas são praticamente paralelas às
respectivas faces externas.
Figura 11: Perfil laminado
Fonte: apostila técnica Gerdau Aço Minas
Barras
São redondas, retangulares ou
quadradas, utilizados enquanto
tirantes, travamentos ou
chumbadores;
Padronização de Perfis
Normalmente os perfis
estruturais seguem
normas e são
padronizados, estes,
encontram-se em normas
técnicas e ou tabelas de
fabricantes.
Bibliografia
ABNT NBR 5884/2005 - Perfil I estrutural de aço soldado por arco elétrico -
Requisitos gerais
ABNT NBR 8800/2008 - Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de
aço e concreto de edifícios
ABNT NBR 7007/2011 - Aço carbono e microligado para barras e perfis
laminados a quente para uso estrutural
ABNT NBR 7008-3/2012 - Chapas e bobinas de aço revestidas com zinco ou liga
zinco-ferro pelo processo contínuo de imersão a quente
ABNT NBR 15980/2011 - Perfis laminados de aço para uso estrutural —
Dimensões e tolerâncias
Acervo técnico do Professor Mestre Higor Cotta
Bibliografia
ABNT NBR 14323/1999 - Dimensionamento de estruturas de aço de
edifícios em situação de incêndio – Procedimento
ABNT NBR 8681/2004 – Ações e segurança em estruturas.
ABNT NBR 14762 – Perfis formados a frio (chapa Dobrada)
Colpaert, Humbertus. Metalografia dos produtos siderúrgicos
comuns, Editora Edgard Blücher, 2008 - 652 páginas
Bibliografia
Bragança Pinheiro, Antônio Carlos da Fonseca. Estruturas metálicas:
cálculos, detalhes, exercícios e projetos, 2ª edição. Editora Edgard
Blücher, 2005 – 300 páginas
Pluguesi / Lauand. Estruturas metálicas. Editora Hemus, 2005
Pareto, luiz. Mecânica e cálculo de estruturas. Editora hemus, 1997
Sarkis, Melconiam. Mecânica Técnica e Resistência dos materiais, 17ª
edição. Editora Érica, 2003 – 361 páginas