Aula 02 - Soluções em aço

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AULA 2: FUNDAMENTOS / SOLUÇÕES EM AÇO
ESTRUTURAS METÁLICAS
Professora Mariana Leite
 Conceitos
 Processo de fabricação
 Utilização na construção civil
 Vantagens e Desvantagens
 Proposta de exercício + Questões de revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS
METÁLICAS… VEM DE METAL… MAS…
O QUE SÃO METAIS? 
QUAL A DIFERENÇA ENTRE METAL E AÇO?
COMO SÃO FABRICADOS?
COMO SURGEM OS PERFIS METÁLICOS PARA AS CONSTRUÇÕES?
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
METAIS: são corpos minerais
MINERAIS: Os minerais são os principais constituintes das rochas
e solos, que, basicamente, são os formadores da crosta terrestre. É
a partir deles que os metais são inicialmente extraídos
“[...] os minerais são geralmente
reconhecidos como compostos
inorgânicos que se constituem por
uma combinação química definida
de um ou mais elementos, os quais
se arranjam dentro de uma
estrutura cristalina própria e
possuem propriedades específicas”
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
MINÉRIOS: as rochas são agregados de minerais, e, quando um
destes apresenta valor econômico, ela passa a ser chamada de
minério
LIGAS METÁLICAS: materiais com propriedades metálicas que
contém dois ou mais elementos sendo que pelo menos um deles é
metal
“OS METAIS E AS LIGAS
METÁLICAS SÃO SOLICITADOS, 
PARA DETERMINADAS
APLICAÇÕES, PELAS
PROPRIEDADES QUE
APRESENTAM”
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
LIGAS METÁLICAS
Ligas Ferrosas: 
apresentam o elemento 
FERRO como constituinte 
principal
Aço
Ferro Fundido
Aço corten
(ou aço patinável)
Ligas não-ferrosas: NÃO 
apresentam o elemento 
ferro como constituinte
Latão
Bronze
Zamac
Alpaca
Ligas de alumínio
AÇO: É UMA LIGA METÁLICA, COMPOSTA
ESSENCIALMENTE POR FERRO E CARBONO 
(SENDO ESTE ÚLTIMO NA PROPORÇÃO DE 0,008% A 2,11%)
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Outros Metais: 
• Cobre
• Tântalo
• Antimônio
• Nióbio 
• Tungstênio
• Molibdênio
• Titânio
http://www.novomilenio.inf.br/real/ed111r.htm
https://www.youtube.com/watch?v=W68D35kmAOg
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
AÇO: É UMA LIGA METÁLICA, COMPOSTA
ESSENCIALMENTE POR FERRO E CARBONO 
(SENDO ESTE ÚLTIMO NA PROPORÇÃO DE 0,008% A 2,11%)
MAS SÓ EXISTE UM TIPO DE AÇO?
NÃO!
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
COMO O FERRO É ENCONTRADO NA NATUREZA?
Uma das formas mais conhecidas é como óxido de ferro
(Fe2O3 – Hematita)
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
O MINÉRIO DE FERRO É UMA
ROCHA
“Se bater, quebra!”
O AÇO É UM MATERIAL
METÁLICO
“Se bater, amassa!”
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Mas como é que uma
“pedra” se transforma 
no aço que eu vou usar 
no meu projeto??
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
ÓXIDO DE FERRO
Átomos de Ferro ligados 
a átomos de Oxigênio
FERRO METÁLICO
Átomos de Ferro ligados 
a átomos de Ferro
Fe Fe FeO
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
ÓXIDO DE FERRO
SEGREDO DA TRANSFORMAÇÃO DA “PEDRA” EM METAL
FERRO METÁLICO
Fe
Fe Fe
O
ÓXIDO DE FERRO
Fe O
C
CARBONO
OC
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
SIDERURGIA – CICLO DE PRODUÇÃO DO AÇO
Carbono – É o principal elemento de
liga no aço (depois do ferro). Por
definição, “aço é a liga ferro-carbono,
contendo geralmente entre 0,008 até
2,11% do peso em carbono”. O car-
bono encontra-se combinado com o
ferro, formando a cementita, cuja
fórmula é Fe3C. Enquanto que o ferro
puro é bem maleável, a cementita é
bem dura. Portanto, pode-se dizer
que a principal propriedade conferida ao
aço pelo carbono é a dureza.
Aumenta, também, o limite de resistência
à tração e a temperabilidade, mas
diminui a tenacidade e soldabilidade.
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Descoberta dos Metais: 
base no empirismo
Óxido de cobre
Carbono
Pedra substituída 
por metais
Cobre como primeiro 
metal a ser utilizado
Cobre + Estanho 
= Bronze
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
SIDERURGIA – CICLO DE PRODUÇÃO DO AÇOConceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
1779 – Ponte sobre o 
Severn em Coalbrookdale
(Inglaterra)
Séc XIX – Utilização de 
cabos em pontes
1801 – Primeiro edifício 
industrial em ferro em 
Manchester
1850 – Alcançou-se 300m 
de vão com ponte a cabo
1851 – Início da utilização 
do ferro em grandes 
coberturas (naves); 
Palácio de Cristal em
Londres
1852 – Estações 
ferroviárias de Paddington
(Londres)
1853 – Mercado Central 
do Halles (Paris)
1855 – Primeira ponte de 
grande vão com vigas
1862 – Estações 
ferroviárias do Norte 
(Paris)
1866 – Construção de 
uma cobertura em 
Londres com 78m de vão
1868 a 1874 – Ponte em 
aço sobre o Rio Mississipi 
em St. Louis
1875 – Palácio de Cristal 
(Petrópolis)
1879 – Edifício Leiter I, 
construído pela “Escola 
de Chicago”
1883 – Ponte de Brooklyn 
(New York), pensil com 
487m de vão
1890 – Ponte sobre o 
“Firth of Forth” (Escócia) 
em balanço duplo 
treliçado, com vão central 
de 521m
1894 – Edifício Reliance
construído pela “Escola 
de Chicago”
1901 – Estação da Luz 
(São Paulo); Mercado de 
Belém; Estação 
Ferroviária de Bananal 
(Bananal)
1910 – Teatro José de 
Alencar (Fortaleza)
1910 a 1913 – Viaduto 
Santa Efigênia construído 
com estrutura belga, com 
225m de comprimento 
vencidos por três arcos
Na década de 30 –
Edifício Chrysler e o 
Empire State (110 
andares) em Nova York
--- UTILIZAÇÃO DO FERRO NA CONSTRUÇÃO CIVIL ---Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
Ponte de Coalbrookdale, sobre o rio Severn na Inglaterra, 1779.
Fonte: Petero, T. The Development of Long-Span Bridge Building, ETH, 1981.
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
Primeiro projeto para a ponte
Builders, The Master. Robert E. Krieger Publishing Company, Inc., Malabar, Florida, 1977
Segundo projeto para a ponte
Builders, The Master. Robert E. Krieger Publishing Company, Inc., Malabar, Florida, 1977
Em 1779, após ter sua estrutura considerada insegura e até mesmo inadequada por
alguns (devido ao desconhecimento das propriedades do novo material), a ponte
teve de ser reforçada. Após um intenso trabalho de escoramento, devido ao grande 
peso da mesma, foram retirados dois dos arcos principais que foram devidamente
reforçados. Após o reforço e a recolocação dos arcos em seus lugares, a ponte foi
considerada acabada e liberada para uso. Atualmente é uma estrutura tombada e
com acesso limitado.
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS- FUNDAMENTOS
EM RESUMO:
Os metais são conhecidos desde aproximadamente 5.000 a.C.
O Ferro passou a ser mais utilizado com a descoberta da técnica da fundição
aproximadamente em 1.200 a.C. (Idade do Ferro)
Primeira utilização na construção civil: 1779 – Ponte em Coalbrookdale
O emprego do ferro a princípio estava restrito a pontes, porém, mais tarde, com o
advento da revolução industrial, começou-se a generalizar o uso do aço, exceto
para residências
Uso do ferro primeiramente por fatores técnicos; aparecimento posterior de fatores
estéticos
Uma das maiores ajudas que o ferro recebeu no final do Séc.XIX para se
estabelecer, inclusive em residências, foi o encarecimento da matéria prima e da
mão-de-obra para estruturas de madeira e o estabelecimento de normas contra
incêndios mais rígidas, sem falar na possibilidade de melhor aproveitamento dos
espaços com maiores vãos
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Resistência a esforços
Peças estruturais de menores dimensões
Vigas metálicas apresentam uma altura
da ordem de 60% das vigas de concreto
Menor peso próprio =
Menor carga na fundação
(uma estrutura de aço pesa 6x menos do que uma 
estrutura equivalente de concreto armado)
Resultado muito próximo entre o modelo
teórico e o comportamento real
Fabricação X Montagem
Canteiro de obras mais racional, podendo
ter dimensões reduzidas
Tempo de execução ≅ 60% do tempo
necessário em concreto armado
Não necessita de tempo de cura
Dimensões mais precisas
Elementos estruturais são facilmente
alinhados, nivelados e aprumados
Ligações parafusadas, permitindo
facilidade na desmontagem e no reuso
Sustentabilidade – Material 100% reciclável
Facilidade na execução de reforços
estruturais
Material isotrópico – aproveitamento
melhor das suas características e proprieda
des
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
Fontes de matérias primas básicas localizadas a grandes distâncias das siderúrgicas
É necessária a importação de carvão mineral
Mão de obra sem qualificação suficiente
Deterioração em contato com o meio ambiente
Resistência à altas temperaturas
Estabilidade: problemas por flambagem
Necessidade de maior desembolso
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Custo:
Custo inicial
mais elevado
Produção:
Produção ainda 
baixa
Uso:
Pouca utilização 
nacional
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Tf Concreto
Te
m
po
20%X
Custo
X85%X30%X
Tf Aço
T0
Gráfico Custos X Tempo de execuçãoÉ mais caro
ou mais barato
construir em
aço?
Mas é só isso que
influencia os custos?
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
Habitação em Steel Frame
FA
T
O
R
E
S
F
U
N
C
IO
N
A
ISPonte com cabos - Brasília
Coalbrookdale - Primeira ponte
construída em ferro fundido
Galpão com cobertura em treliças
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
Escada / Coberta metálica
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
FATORES
TÉCNICOS
Conjunto habitacional em Steel Frame
FATORES
ESTÉTICOS
Shopping Iguatemi FortalezaEscada flutuante
Onda Carioca - RJ
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Você foi contratado para projetar uma concessionária de carros na cidade
de Fortaleza. Seu cliente está bem empolgado com o projeto e pediu para
que sua loja seja uma referência estética entre as concessionarias da
cidade, dispondo, para isso, de uma boa quantidade de dinheiro! Porém,
ele questionou se era necessário mesmo utilizar aço para a construção
(como ele havia visto em todas as concessionárias da cidade), pois ele
achava o concreto mais resistente e seguro... Afinal, vai ser um local que
protegerá carros, bens de alto valor! Como você explicaria para ele as
vantagens e desvantagens do uso do aço em seu projeto, dada as
demandas do projeto e as necessidades do seu cliente?
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
ESTRUTURAS METÁLICAS - FUNDAMENTOS
Conceitos
Processo de 
Fabricação
Utilização na 
construção
Vantagens e 
Desvantagens
Questões de 
revisão
1. Qual a diferença de um metal para uma liga metálica? Explique a importância
de cada um.
2. Vimos que o aço é a principal liga metálica usada em estruturas metálicas na
construção civil. Sabendo disso, explique sua composição e a importância de
cada componente para o comportamento do material.
3. Como o ferro é encontrado na natureza? Por que ele não pode ser usado dessa
forma nas estruturas?
4. Explique detalhadamente o processo de produção do aço nas siderúrgicas.
5. Cite e explique 4 vantagens das estruturas metálicas frente às estruturas con-
vencionais em concreto armado.
6. Cite e explique 4 limitações das estruturas metálicas frente às estruturas con-
vencionais em concreto armado.
7. É mais caro ou mais barato construir em aço? Explique.