Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas em perfis soldados e laminados

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Projeto e Dimensionamento de Estruturas metálicas e 
mistas de aço e concreto
Projeto e Dimensionamento de Estruturas metálicas e 
mistas de aço e concreto
MÓDULO 1
Projeto e dimensionamento de 
estruturas metálicas em perfis 
soldados e laminados
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IntroduçãoIntrodução
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IntroduçãoIntrodução
• Tecnologia anterior ao concreto
Histórico 
1779
Ponte de Ferro em Coalbrookdale, 
sobre o rio Severn, na Inglaterra 30,5 m
1849
Joseph Monier patenteia vasos de concreto armado
1903
Auguste Perret - Prédio em concreto armado 
na Rua Franklin - Paris
1875
Monier constrói ponte de concreto 
armado com 16 m de vão livre
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IntroduçãoIntrodução
• Obras de destaque
Histórico 
•• Torre EiffelTorre Eiffel
–– Paris, 1889Paris, 1889
– 300 m de altura
– 1.700 toneladas de aço
– 18.000 peças
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IntroduçãoIntrodução Histórico 
• Obras de destaque
•• Empire State BuildingEmpire State Building
–– New York, 1931New York, 1931
– 102 andares
– 380 m de altura
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IntroduçãoIntrodução Histórico 
• Obras de destaque
••Chrysler Chrysler BuildingBuilding (1929)(1929)
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IntroduçãoIntrodução Histórico 
• Obras de destaque
Hotel Emirados Árabes Torres Gêmeas 
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IntroduçãoIntrodução Histórico 
• O Futuro
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Companhia Siderúrgica Belgo Mineira
Companhia Siderúrgica Nacional -
CSN(em plena 2a guerra)
1921
1941
Fábrica de Estruturas Metálicas - FEM 
(1953)
A Siderurgia no BrasilA Siderurgia no Brasil
IntroduçãoIntrodução
Construção em 
aço no Brasil
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Primeiras Obras em aPrimeiras Obras em aççoo
O Eng. Paulo Fragoso-
responsável pelas primeiras 
grandes edificações em aço
no Brasil. (CSN-FEM)
EdifEdifíício Garagem Amcio Garagem Amééricarica
São Paulo São Paulo -- 19571957
EdifEdifíício Palcio Paláácio do comercio cio do comercio 
São Paulo São Paulo -- 19591959
IntroduçãoIntrodução
Construção em 
aço no Brasil
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BrasBrasíílialia
IntroduçãoIntrodução
Construção em 
aço no Brasil
Anexo do congresso
Fabricação - EUA(1956)
Problemas na montagem
Esplanada dos Ministérios 
Brasília Palce Hotel – 1958 (FEM – CS))
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Destaques no BrasilDestaques no Brasil
IntroduçãoIntrodução
Construção em 
aço no Brasil
Centro Cultural Itaú
Cesar Hotel - Guarulhos
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“Vantagens” da construção metálica
•Alívio das fundações 
• Ganho de área útil
•Redução no tempo de obra
•Facilidades no canteiro de obras
•Qualidade e segurança
•Adaptabilidade e flexibilidade
•Economia global 
IntroduçãoIntrodução
Vantagens da 
Construção em aço
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Vantagens da construção metálica
•Aumento de produtividade
IntroduçãoIntrodução
Vantagens da 
Construção em aço
• Administrativos: 10 %
• Maq.e Equipam: 5 %
• Materiais: 40 %
• Mão de Obra: 45 %
Composição de custos
• Produtividade americana 12 a 15 hh/m2.
• Produtividade brasileira 50 a 80 hh/m2.
• O custo com a mão de obra é o de maior 
valor incidente no custo final da obra.
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Vantagens da construção metálica
• Reciclavel
IntroduçãoIntrodução
Vantagens da 
Construção em aço
84% da construção
em aço é reciclável
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“Desvantagens” da construção metálica
� Dependendo do planejamento da obra, pode custar mais caro do que
uma estrutura de concreto equivalente.
� Exige uma mão-de-obra altamente especializada
� Em algumas regiões, as vezes é difícil encontrar determinados aços e 
perfis.
� Muitas regiões do Brasil não têm tradição em utilizar estruturas de aço
� Necessita de mercado de componentes desenvolvido (fachada pré-
moldada, dry-wall, etc.).
� Viabiliza somente elementos lineares, para lajes deve ser associado 
ao concreto.
IntroduçãoIntrodução
Desvantagens da 
Construção em aço
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IntroduçãoIntrodução
Preconceitos
Não existe material bom ou ruim, existe 
material bem ou mal especificado;
A durabilidade de uma edificação depende:
•Correta especificação do material;
•Projeto;
•Execução da obra;
•Uso compatível com o projeto;
•Manutenção adequada.
A estrutura metálica não tem durabilidade 
pois o aço “enferruja”
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IntroduçãoIntrodução
Preconceitos
A estrutura metálica não tem durabilidade 
pois o aço “enferruja”
1779 1999
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IntroduçãoIntrodução
Preconceitos
• tanto o aço como o concreto perdem resistência sob 
altas temperaturas;
• a diferença é que o concreto possui maior inércia 
térmica que o aço;
• a norma brasileira para proteção do concreto sob ação 
de incêndio (NBR5627) é pouco aplicada;
• foi aprovado na ABNT a norma para dimensionamento 
de estruturas metálicas sob ação de incêndio 
(NBR14.323)
• foi aprovado na ABNT a norma “Exigências de 
resistência ao fogo de elementos construtivos”.
O aço “amolece” em caso de incêndio
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IntroduçãoIntrodução
Preconceitos
O aço “amolece” em caso de incêndio
100
80
60
40
20
0
200 400 600 800 1000 12000
Resistência(%)
ºC
açoconcreto
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IntroduçãoIntrodução
Preconceitos
• Não comparar apenas o material aço com o material 
concreto;
• Considerar o empreendimento como um todo;
• A estrutura metálica pode ser reaproveitada;
• O aço tem valor até como sucata;
• Cuidado ao comparar soluções com diferentes materiais;
“O aço é caro”
Não se pode comparar apenas material estrutural e sim todo o sistema construtivo
Tributação diferenciada para estruturas moldada no local (ISS) 
e estruturas industrializadas (ICMS)
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• Edifícios industriais
• Edifícios comerciais
• Pontes e Viadutos e passarelas
• Silos e Reservatórios
• Torres 
• Residências 
• Habitações populares 
• Aeroportos , hangares e grandes coberturas
• Plataformas marítimas
IntroduçãoIntrodução
Aplicações
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edif. Industriais
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edif. Industriais
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IntroduçãoIntrodução
Ipel – fábrica de embalagens
www.metalica.com.br
Termoelétrica da Cemig
www.metalica.com.br
Aplicações:
Edif. Industriais
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Galpões
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Torres
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Silos
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios Comerciais 
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios Comerciais 
31
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios Comerciais32
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios Comerciais 
Edifício Paracelsus
Belo Horizonte/MG 
1993
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios Escolares
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Escolas e hospitais 
Hospital Ribeirão Preto
Unip Manaus
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Residências 
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Residências 
Fonte: www.metalica.com.br
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Steel Frame
38
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Steel Frame
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Steel Frame
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Steel Frame
Fonte: construtora Seqüência e CBCA
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios residenciais 
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios residenciais 
43
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios residenciais 
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios residenciais 
45
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Edifícios residenciais 
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Centros Comerciais 
Mercado Central
Fortaleza-Ce
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IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Centros Comerciais 
Shopping Benfica
Fortaleza-Ce
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Ginásios esportivos
Terminais rodoviários
Centros de eventos
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Grandes Coberturas 
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Natal - RN
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Aeroportos 
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Recife - PE
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Aeroportos 
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Centros de eventos
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Ginásios e Estádios 
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Viaduto Osasco-SP 
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Pontes e viadultos
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Passarela em BH 
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Pontes e viadultos
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Ponte rodoferroviária sob o rio Paraná
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Pontes e viadultos
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Ponte JK 
IntroduçãoIntrodução
Aplicações:
Pontes e viadultos
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O material aço e seu produtosO material aço e seu produtos
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: composição 
Aço Ferro (98%) Carbono(máx 0,3%)
Elementos de liga
(fósforo, alumínio, cobre, 
cromo, magnésio,etc)
= + +
Principal responsável pela 
resistência e soldabilidade
Realçam ao atribuem características 
especiais (Ex.: aumentar resistência a 
corrosão ou a resistência mecânica)
+ + Resistência
- Ductilidade
- Soldabilidade
A composição química 
determina diferentes tipos de 
aço com aplicações diversas
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: processo de 
fabricação 
Minério de FerroMinério de Ferro
Carvão MineralCarvão Mineral
Ferro GusaFerro Gusa AçoAço
PlacasPlacas
ChapasChapas
PerfisPerfis
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: classificação
Aço
Aços carbono Aços liga
Aços de alta resistência mecânica 
Aços resistentes a altas 
temperaturas 
Aços de alta resistência a corrosão 
(patináveis)
Aço paginável x aço carbono
Adição de Cr, Cu, Al,Ni,V
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
Propriedades
Constantes físicas
Massa específica.............................. ρ=7,85t/m3
Módulo de elasticidade.....................E=20500kN/cm2
(E=20000k3/cm2 – 3BR 8800:2008)
Módulo de elasticidade transversal...G=7885kN/cm2
(G=7700 k3/cm2 – 3BR 8800:2008)
Coeficiente de Poisson......................ν=0,3
Coeficiente de dilatação térmica......α=12x10-6/0C
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
Propriedades
Diagrama tensão x deformação
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
Propriedades
Patamar de escoamento definido
Sem patamar de escoamento definido
fp
fy
fu
E
f
εεεε
f
εεεε
fu
fy
fp
Aços com tratamento a frio
fu - resistência última
fy - resistência ao escoamento
fp - tensão de proporcionalidade 
0,2%
Diagrama tensão x deformação
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
Propriedades
Tensão residuais
Perfis soldados 
Perfis Laminados
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
Propriedades
Tensão residuais
Altera o diagrama tensão deformação
Tem influência no dimensionamento
Valores utilizados pela 3BR 8800:2008
yr f3,0=σ
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
especificação
Segundo Normas ABNT
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
especificação
Segundo Normas ABNT
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
especificação
Segundo Normas ASTM 
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
especificação
Segundo Normas ASTM 
Alta resistência mecânica 
Alta resistência mecânica e a corrosão 
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
especificação
Equivalências 
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: 
especificação
Ações produzidos pela siderúrgicas brasileiras 
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• ChapasChapas
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis formados a frioPerfis formados a frio
 obtidos através do dobramento a frio de chapas em 
máquinas chamadas viradeiras.
 
 
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis soldadosPerfis soldados
 obtidos através da soldagem de várias chapas. Estão 
disponíveis no mercado em forma de I (composição de três 
chapas).
CVS 450 x 116
Mesas: 2 Ch. 16 x 300
Alma: 1 Ch. 12.5 x 418
CS 450 x 154
Mesas: 2 Ch. 16 x 450
Alma: 1 Ch. 12.5 x 418
VS 450x 51
Mesas: 2 Ch. 9.5 x 200
Alma: 1 Ch. 6.3 x 431
Séries Existentes
VS →→→→ altura/largura ≤≤≤≤ 4
CS →→→→ altura/largura = 1
CVS →→→→ 1 < altura/largura ≤≤≤≤ 1,5
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis soldadosPerfis soldados
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminadosPerfis laminados
 obtidos diretamente dos laminadores das siderúrgicas. Estão 
disponíveis no mercado em forma de I, H, U e L.
Perfis laminados padrão americano
Utilização variada
Limitações dimensionais
Dificuldades nas ligações
Elevado fator peso/inércia
Composição de perfis
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminados Perfis laminados -- americanosamericanos
I 254 x 37,7kg/m
I 10” x 37,7kg/m
L50x50x3,0
L50x3,0
2L50x3,0
U 203x 17,1kg/m
U 8”x 17,1kg/m
Primeira alma Primeira alma
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminados Perfis laminados -- americanosamericanos
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminados Perfis laminados -- americanosamericanos
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminados Perfis laminados –– Abas planasAbas planas
IP
HP
•• Tipos de PerfisTipos de Perfis
– IP
• Perfil I de abas paralelas – Série econômica
– HPL
• Perfil I de abas paralelas – Série leve
– HPM
• Perfil H de abas paralelas – Série média
– HPP
• Perfil H de abas paralelas – Série pesada
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminados Perfis laminados –– Abas planasAbas planas
Perfis tipo I – para vigas 
Perfis H - para colunas
Fabricados em aço ASTM A572
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminados Perfis laminados –– Abas planasAbas planas
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Aço: Produtos para a 
construção metálica
•• Perfis laminados Perfis laminados –– tubularestubulares
Tipos
Sem Costura
Com Costura
Extrusão
Calandragem Soldagem
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O material aço e seus produtosO material aço e seus produtos
Designação 
em projeto