Estrutura Metálica

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Sistemas Estruturais – Metálicas 
Aula 2 – Perfis sua aplicação em edifícios múltiplos andares 
(discretização: laje, viga e pilar) e predimensionamento de 
ligações. 
Aços estruturais normatizados e propriedades mecânicas. 
• A norma brasileira NBR 8800 da ABNT adota os procedimento 
de normas internacionais. 
Alguns exemplos: ASTM A 36 ( 250 Mpa ou 2.500 Kgf/cm2); 
ASTM A 501 (tubos com ou sem costura 250 Mpa); 
ASTM A 572 ( 290 a 300 Mpa); 
 ASTM A 588 ( 345 Mpa ) 
• Pode-se resumir aços: 
 
1-baixa resistência mecânica -250 Mpa; 
2-media resistência mecânica – 250 a 300 Mpa; 
3-alta resistência mecânica – 300 Mpa ; 
Vantagens do uso do aço em estruturas: 
1-Grandes resistência a esforços, tanto de tração quanto de 
compressão. 
Aço 
• σt = σc = 1500 Kgf/cm2 ( aços comuns ) 
• σt = σc = 3500 Kgf/cm2 ( aços especiais ) 
Madeira 
• σt = σc = 85 Kgf/cm2 ( peroba ) 
Concreto 
• σt = 100 Kgf/cm2 ( fck=180 kgf/cm2) 
• σt = 10 Kgf/cm2 
 
2-Menor dimensão das peças estruturais ( em edifícios 
altos ganha-se andares ) 
 
3-Menos carga nas fundações 
Peso próprio : Aço X Concreto 
≈ (30 a 50 kgf/m²) X ≈ ( 300 a 500 Kgf/m²) 
3- Maior controle de qualidade do material se comparado ao 
concreto ( fabricação industrial). Material com comportamento 
menos discrepante que o concreto e, portanto, podendo ser usado 
coeficientes de segurança menores. 
Execução mais precisa menos erro; 
 
4-Obras mais limpas e canteiros menores. 
 
5-Maior rapidez de execução ( não necessita de cura ). 
Leva em média 40% a menos de tempo se comparado com uma 
estrutura equivalente em concreto armado. 
 
6-Maior precisão na execução. 
 
Aço precisão milimétrica 
Concreto precisão centimétrica 
 
7-Permite desmontagem; 
 
8-Permite reforços em estruturas já existentes com mais 
facilidade; 
 
9-Material isotrópico; 
Desvantagens: 
1-Alto custo inicial da estrutura ( o que torna viável 
através do tempo de execução ); 
 
2-Mão de obra especializada não disponível ; 
 
3-Resistência ao fogo; 
 
4-Elevada esbeltez – ( aumento necessário de 
contraventamentos ); 
Elasticidade – capacidade de voltar a forma original após 
sucessivas cargas e descargas dentro do seu limite; 
 
Ductilidade- capacidade dos materiais de se deformarem 
plasticamente sem se romper; 
 
Tenacidade –capacidade que os materiais tem de 
absorcer eenrgia quando submetidos a cargas ; 
Propriedades mecânica dos aços: 
 
O aço é um material dúctil, pois é capazes de sofrer grandes 
deformações antes de chegar ao ponto de ruptura 
 
 
 
 
 
 
 
 
Materiais com maior módulo de elasticidade são mais dúcteis, como comprova a tabela: 
O aço é dúctil, portanto, capaz de se alongar desde que sujeito a um esforço de tração, 
sem que haja rompimento; também tem grande capacidade de resistência a impactos 
antes de entrar em colapso. Essa característica é denominada tenacidade. 
 
Material Módulo de elasticidade (kgf/cm2) 
Aço 2.100.000 
Ferro 1.000.000 
Alumínio 700.000 
Concreto 250.000 
Madeira de 80.000 a 140.000 
Madeira compensada 40.000 
Couro 2.000 
Borracha 10 
 
Fonte: BOTELHO, Manoel H. C. Resistência dos Materiais para entender e gostar. São Paulo: Studio Nobel, 1998. p.48. 
Componentes e tipologias de perfis / utilizações mais freqüentes: 
 
Os componentes em geral podem ser classificados quanto à sua forma, do modo 
seguinte: 
 
 
• Perfis ( pilares e vigas ) 
• Chapas 
• Fios 
• Vedações 
• Conexões 
 
E sua utilização se dá da forma seguinte: 
 
• Barras de treliças planas e espaciais 
• Barras submetidas à torção (tubulares) 
• Terças para sustentação de telhas de cobertura 
• Vigas 
• Pilares 
• Estacas de fundação 
 
Do aço laminado das siderúrgicas iniciam-se duas vias de produção 
das estruturas metálicas: perfis laminados e os perfis soldados. 
Perfil laminados 
Resistência dos perfis estruturais laminados de abas paralelas (WF) 
Perfis laminados a quente de abas inclinadas. 
Resistência dos perfis estruturais laminados de abas inclinadas (WF) 
Perfis soldados 
Perfis eletro-soldados. 
Perfis conformados a frio. 
Perfis tubulares 
Sistema de tubos por calandragem. 
Produção continua com soldagem por 
resistência elétrica 
Soldagem helicoidal por arco submerso 
Perfis tubulares sem costura 
Perfis tubulares. 
AA – O Aflalo & Gasperini Arquitetos é autor, entre outras obras, de 
importantes edifícios comerciais na cidade de São Paulo que se 
destacam não só por sua esbeltez, mas por terem sido projetados a 
partir de estruturas mistas em concreto e aço. O edifício Viol, e o 
WTorre Morumbi, ambos em São Paulo, são alguns deles. Por que a 
preferência por esse tipo de estrutura? 
Roberto Aflalo – Não se trata, exatamente, de uma escolha nossa. 
Primeiro pensamos o projeto, definimos os vãos, os espaçamentos 
entre as colunas e só depois é que fazemos estudos alternativos dos 
sistemas estruturais que poderão ser utilizados na obra, 
considerando, é claro, aqueles que oferecem um melhor custo-
benefício, que atendem aos prazos do cliente e que apresentam bons 
resultados em termos de segurança. Mas nada é tão fixo que não 
possa ser mudado. Às vezes, somos obrigados a refazer parte dos 
desenhos após a contratação de uma construtora, já que ela é quem 
traz a tecnologia para a obra e, nem sempre, está familiarizada com o 
sistema inicialmente proposto pelo escritório. E quando falamos de 
projetos de grandes dimensões, como edifícios multiandares, por 
exemplo, esse ajuste passa a ser mais fino do ponto de vista do 
custo-benefício. 
Roberto Cláudio dos Santos Aflalo Filho é mestre em arquitetura pela Universidade de 
Harvard, nos Estados Unidos, e sócio-diretor do Aflalo & Gasperini Arquitetos. Ao lado de Gian Carlo Gasperini e Luiz 
Felipe Aflalo Herman é autor, entre outros, do projeto do edifício corporativo Wtorre. 
 Soluções de pilares mistos aço x concreto 
Um edifício único . 
Edifício The One. Construído 
com pilares de aço revestido 
com concreto e lajes steel 
deck o edifício que está 
localizado na Vila Olímpia 
conta 16 pavimentos e foi 
produzido em 18 meses de 
obra, um ano de 
planejamento e atingiu a 
marca de 6 mil m² mensais. 
 Com o uso da técnica mista foi possível, 
a obtenção de grandes vãos de vigas - 
com lajes livres e pilares apenas na 
periferia- e a redução da seção de 
pilares. 
 
Arquiteta Lurie: 
 
“O perfil de aço embutido no concreto 
confere resistência ao pilar. Além disso, 
o uso de vigas em aço e lajes steel deck 
possibilitou a redução do uso de formas 
na obra”, pontua a profissional. 
Ela explica que o núcleo 
estabilizador do edifício 
– que concentra escadas e 
elevadores – foi projetado 
apenas em concreto. 
 
Lurie ainda explica : “a solução 
estrutural adotada foi 
fundamental para que o exíguo 
prazo executivo do edifício fosse 
atendido. Se a opção fosse pelo 
concreto, as alturas das vigas 
convencionais precisariam ser 
aumentadas e o ganho de custo 
e de prazo não teria ocorrido.” 
As lajes – inclusive as dos 
sobressolos , destinadas ao 
estacionamento – foram 
idealizadas em steel deck, fato 
que, na opinião do Arquiteto 
Lurie, contribuiu para minimizaros custos do projeto. 
 
 
 
“A escolha das estruturas 
metálicas proporcionou a 
redução do custo e viabilizou o 
uso de vigas menores, 
permitindo um pé-direito maior 
nos andares.” 
 
Diferenciais do projeto, inovação e o 
arrojo foram o carro-chefe ao lado das 
orientações de qualificação exigidas pelo 
US Green Building Council para a 
obtenção da certificação socioambiental 
LEED (Leadership in Energy and 
Environmental Design), categoria 
Silver. 
Velocidade e Beleza 
Torre E do Wtorre 
Complex . 
 
Projetado em 2012, com 
26 andares, em uma 
área de 26 mil m2 com 
subsolos, o prédio foi 
construído em apenas 
11 meses a partir de 
uma estrutura mista com 
pilares em concreto 
e aço, vigas metálicas e 
lajes em steel deck. 
“Era preciso equalizar o cronograma da obra 
da Torre E com a inauguração do shopping. 
Afinal, as estruturas do edifício deveriam estar 
prontas antes que o Shopping JK Iguatemi, 
instalado na base do prédio, fosse 
inaugurado”, conta o arquiteto Washington 
Fiuza, da B+ZTF Architects. “Como até a data 
da inauguração as gruas também deveriam 
estar desmontadas, optamos por uma solução 
metálica com pilaretes de pré-montagem em 
perfis em aço soldado, steel decks e 
complementos estruturais em concreto 
para que a execução fosse concluída em 
apenas quatro meses.” 
“O projeto original era todo em 
concreto. Foram feitos ajustes na 
arquitetura para adequar o 
contraventamento da estrutura 
metálica. Como o edifício não 
possuiria o core em concreto, este 
passou a ser inteiramente em aço.” 
A montagem foi dividida em duas frentes: 
primeiro vigas, pórticos, pilares e deck. 
Depois foi a vez da concretagem das lajes e 
dos pilares, com uma defasagem de seis 
pavimentos entre uma etapa e outra. Uma 
terceira frente executou a proteção passiva 
contra incêndio das vigas de aço, após a 
finalização da concretagem dos pilares dos 
primeiros seis pavimentos. 
A planta é retangular (24 x 64 m), 
com 30 pilares mistos de 
dimensões finais variando entre 
50 x 50 cm e 120 x 60 cm, 
distanciados a 8 m. Os pilares 
junto às fachadas têm seção 
constante com 80 x 80 cm, 
por encapsulamento [concreto 
armado] de perfis metálicos 
laminados HP 250 x 62, W 
250 x 73 e W 250 x 38,5. Estes 
pilares de aço foram 
responsáveis por resistir aos 
esforços da fase de montagem”. 
Já os steel decks, com altura de 
15 cm, além de eliminarem 
escoramentos que seriam 
necessários à execução, atuaram 
como armadura positiva. 
31 pavimentos, um subsolo e três 
pavimentos de lojas comerciais, 16 
elevadores, fachadas, do tipo cortina, 
construídas com esquadrias de 
alumínios e por vidros antitérmicos na 
cor verde. Nos pilares predominam as 
seções “H”, formadas pela composição 
de chapas e de perfis laminados “L” ou 
“U”. 
 
As seções “I” são mais utilizadas nas 
vigas, nas quais foram soldados 
conectores de cisalhamento para 
trabalhar como viga mista. A 
estabilidade é garantida por 
contraventamentos localizados nas 
paredes divisórias de lojas e salas no 
sentido transversal, e junto aos 
elevadores, no sentido longitudinal. 
Aplicando perfis de aço. 
Corte longitudinal 
Planta do pavimento térreo 
Planta do vigamento do pavimento térreo 
Planta do pavimento tipo. 
Planta do vigamento do pavimento tipo e do 
quarto pavimento. 
Perfil de seção caixão 
Montagem do primeiro pilar 
e das seções caixão. 
Construção da torre com 31 pavimentos 
Vista do lateral esquerda do 
pavimento tipo. 
Edifício comercial de dez 
pavimentos estruturados em 
aço, defronte ao Vale do 
Anhangabaú. 
As vigas transversais ligadas 
rigidamente aos pilares 
vencem o vão central da área 
de escritório, de 11,68 metros, 
projetam-se em balanços 
laterais de 2,8 metros, 
formando quatro eixos de 
pórticos espaçados de 4,85 
metros. 
As extremidades dos 
balanços, as colunas e as 
vigas centrais dos 
porticos são interligadas 
por vigas longitudinais 
que se projetam em 
balanço de 2,98 metros 
na parte frontal do 
edificio, e sobre as quais 
se apoiam as lajes pre-
fabricadas de concreto 
celular, com espessura de 
12 cm. 
Planta do pavimento tipo 
Planta do vigamento do pavimento tipo 
Corte Transversal 
Corte longitudinal 
Estabilidade vertical da estrutura às 
ações do vento de dupla cantoneira 
“L” 64X64 mm, disposto entre os 
pilares, junto as escadas e aos 
elevadores, e na região dos 
sanitários, ao atingir o pavimento 
térreo, deslocam-se para o tramo 
vizinho, devido a existência de 
arquitetura, mudando sua seção para 
“I” 450. 
CONCEPÇÃO DAS CONEXÕES DE AÇO 
 
Deve-se considerar : 
 
• o comportamento da conexão (rígida ou articulada, por contato ou por atrito, etc.), 
• limitações construtivas, 
• facilidade de fabricação (padronização, automatização, acesso para soldagem, etc.) 
• montagem (simplicidade, acesso para o parafusamento, suportes temporários, etc.). 
 
Em geral, são soldadas ou parafusadas. As ligações rebitadas deixaram de ser utilizadas 
devido à necessidade de mão de obra especializada, instalação lenta, pequena capacidade 
resistente e dificuldade para inspeção. 
 
Conexões parafusadas : resistentes à tração, à força cortante ou a esforços combinados de 
tração e cortante. 
 
Conexões soldadas : mais eficientes do que as parafusadas, mas não permitem a 
desmontagem da estrutura, fatos que as vezes pode acarretar prejuízo de ordem 
econômica. 
CONCEPÇÃO DAS CONEXÕES DE AÇO 
Classificação : 
a. Rígidas: Quando não permitem rotação dos elementos.(previsão de transmissão de momento 
fletor); 
 CONCEPÇÃO DAS CONEXÕES DE AÇO 
b. Flexíveis: quando permitem rotação. 
 
 
 
1 Conexões parafusadas 
 
Os parafusos são constituídos de cabeça, fuste e rosca. 
 
Os parafusos dividem-se em: parafusos comuns e de alta resistência. 
 
Os parafusos comuns são empregados apenas em peças secundárias, como: guarda-corpos, 
corrimãos, terças e longarinas de fechamento pouco solicitadas. Possuem baixa resistência 
mecânica. Despreza-se a eventual resistência por atrito entre as chapas conectadas, permitindo-se, 
portanto, a movimentação entre elas. 
 
Os parafusos de alta resistência são empregados nas ligações de maior responsabilidade.. Por causa 
da maior resistência, usam-se menos parafusos por ligação e, por decorrência, menores chapas de 
ligação. 
Conexões soldadas 
 
As conexões soldadas são mais rígidas, mais simples para execução de limpeza e pintura, e melhor 
acabamento final. São mais simples de serem executadas em estruturas existentes. O custo de fabricação 
é menor, pois não há furações e emprega-se menos material do que nas parafusadas, em vista de as 
dimensões serem reduzidas. 
A desmontagem é mais difícil e o controle de qualidade na obra torna-se mais complicado de ser aplicado. 
Conexões viga primária 
Conexões vigas secundárias. 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões viga - pilar 
Conexões pilar - laje 
Execução de capitel metálico 
Conexões entre laje e viga 
http://www.set.eesc.usp.br/cadernos/nova_versao/pdf/cee36_95.pdf 
Conexões entre laje e viga 
http://www.set.eesc.usp.br/cadernos/nova_versao/pdf/cee36_95.pdf 
Ligação de pilares às fundações 
 
Os pilares podem ser engastados ou articulados às fundações. Os engastes conduzem a uma economia de 
aço nos pilares, mas transferem mais esforços às fundações. Exatamente o contrário ocorre nos pilares 
articulados nas fundações.Portanto, para a escolha mais adequada, é conveniente conhecer as 
características do solo. 
Ligação de pilares às fundações 
 
Os pilares podem ser engastados ou articulados às fundações. Os engastes conduzem a uma economia de 
aço nos pilares, mas transferem mais esforços às fundações. Exatamente o contrário ocorre nos pilares 
articulados nas fundações. Portanto, para a escolha mais adequada, é conveniente conhecer as 
características do solo. 
Emendas de pilares tipo I ou H parafusados. 
Emenda de pilares 
Emenda de pilares 
Emendas de pilares caixão parafusados. 
Emenda de pilares 
Emenda de pilares 
Emenda de pilares 
Enrijecedor de alma do pilar 
 
 Poderão existir enrijecedores para a alma do pilar na forma de revestimento de concreto ou 
chapas soldadas. Os enrijecedores influenciam o comportamento da ligação impedindo a 
flambagem na alma do pilar que constitui um modo de falha da ligação. 
http://www.set.eesc.usp.br/cadernos/nova_versao/pdf/cee36_95.pdf 
Enrijecedor de alma do pilar 
Enrijecedor de alma do pilar 
As estruturas metálicas das edificações são geralmente 
definidas no ante-projeto aquitetônico, onde o arquiteto 
concebe os vãos livres necessários e, portanto a modulação dos 
pilares, as alturas livres necessárias em função da utilização do 
edificio, e outros fatores como futuras ampliações. Portanto, 
nesta fase é fundamental que o arquiteto tenha noções básicas 
sobre os sistemas estruturais para adequar de forma racional a 
arquitetura a estrutura. 
De forma geral devemos conhecer os principios básicos de 
estrutura, como carregamentos, esforços, tensões, 
comportamento, etc., para que possamos propor soluções 
novas de utilização do material, tanto em forma como em 
espaço, diferentes daquelas já existentes e padronizaddas.