Estruturas Metálicas: Propriedades e Normas

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AULA 1 – Estruturas Metálicas: Propriedades 
 
1) Normas 
NBR 8800 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios 
NBR 14762 – Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio 
 
2) Definições 
As estruturas metálicas são estruturas formadas por associação de peças metálicas ligadas entre si por meio de 
conectores ou solda. 
- Material mais utilizado: aço 
- Aço: liga metálica composta de ferro e carbono (até 2,11%) 
Em estruturas usuais, utilizam-se aços com baixo teor de carbono (C < 0,29%): melhor ductilidade e soldabilidade. 
 
3) Vantagens e Desvantagens 
- Vantagens 
Elevada resistência 
Ductilidade 
Alto grau de confiança 
Processo de industrialização na construção (canteiro organizado, rapidez na execução, etc) 
Reciclagem e reaproveitamento 
Estruturas leves 
Isotrópico e homogêneo (fácil caracterização) 
 
- Desvantagens 
Corrosão 
Comportamento em situação de incêndio 
Custo 
Mão de obra especializada 
 
4) Tratamentos 
- Corrosão 
*Pintura: tintas poliuretânicas 
*Galvanização a fogo: aplicação de camada de zinco 
- Incêndio (NBR 14323 - Dimensionamento De Estruturas De Aço E De Estruturas Mistas Aço-Concreto De Edifícios 
Em Situação De Incêndio) 
*“Envelopar” a estrutura com alvenaria ou concreto 
*Tinta intumescente: a tinta intumesce, ou seja, aumenta de volume e forma uma camada protetora. Aplicação de 
Primer (anticorrosivo) e depois a tinta intumescente. 
*Argamassa jateada 
 
5) Perfis Metálicos 
3 tipos: laminados (NBR 8800), soldados (NBR 8800) e formados a frio (NBR 14762) 
 
5.1) Perfis Laminados: laminação a quente. Utilizados em elementos estruturais principais ou secundários (vigas, 
pilares, barras de treliças, terças, etc). 
Geometrias: 
a) Perfil L (Cantoneira) 
 
Utilização: 
- isolada: elementos tracionado (barras de treliça) 
- composta: elementos comprimidos (barras de treliça), tracionados (barras de treliça), flexionados e comprimidos 
(pilares). 
 
b) Perfil U 
 
Utilização: elementos pouco flexionados (terças) 
 
c) Perfil I de abas inclinadas 
 
Utilização: elementos flexionados (vigas) 
 
d) Perfil W (Perfil I de abas retas ou paralelas) [MOSTRAR TABELA DE PERFIS W DA GERDAU] 
 
Codificação: 
W150X13,0 – Perfil I ~150mm de altura e 13 kg/m (dimensão da alma relativamente maior que da mesa) 
W200X46,1 (H) – Perfil H ~200mm de altura e largura x 46,1 kg/m (dimensão da alma e da mesa aproximadamente 
iguais) 
Pode-se obter 2 perfis T cortando-se o perfil W longitudinalmente. 
OBS: W vem de Wide Flange 
 f: flange (aba ou mesa) 
 w: web (alma) 
 
Utilização: 
- Perfil W: elementos flexionados (vigas) 
- Perfil W (H): elementos flexionados e comprimidos (pilares) 
 
 
 
 
e) Tubulares sem costura 
 
Utilização: 
- circular: elementos comprimidos (barras de treliça) 
- retangulares: elementos flexionados (vigas) 
- quadrados: elementos flexionados e comprimidos (pilares) 
 
f) Barras redondas 
 
Utilização: elementos tracionados (barras de contraventamento e tirantes) 
 
 
5.2) Perfis Soldados: soldagem de chapas. Utilizados em elementos estruturais principais (vigas principais e pilares). 
Geometrias: 
a) Perfil I de abas retas (CS, VS e CVS) 
 
Tipos: 
CS – Coluna Soldada (d ≈ bf) 
VS – Viga Soldada (d ≈ 2*bf) 
CVS – Coluna-Viga Soldada (d ≈ 1,5*bf) 
 
 
Utilização: de acordo com a nomenclatura. 
 
b) Perfis tubulares diversos 
 
Utilização: elementos flexionados (vigas) e flexionados e comprimidos (pilares). 
 
5.3) Perfis formados a frio: conformação de chapas a frio de perfis leves (t < 3 mm). Utilizados em elementos 
estruturais secundários (terças, barras de treliça e montantes de steel frame, rufos, calhas). 
Geometrias diversas 
 
 
6) Propriedades Mecânicas 
6.1) Diagrama de tensão x deformação (tração ou compressão) 
 
fy = tensão de escoamento 
fu = tensão última 
 
𝜎 = 𝐸𝜀 
𝜎 =
𝑁
𝐴
 𝜀 =
Δ𝐿
𝐿
 
 
 
Onde: 
N: força de tração (compressão) 
A: área da seção transversal 
L: comprimento inicial 
ΔL: alongamento (encurtamento) 
𝜀: deformação 
E: módulo de elasticidade 
 
6.2) Constantes físicas 
As constantes abaixo podem ser adotadas para todos os tipos de aço estrutural: 
- Módulo de elasticidade (E): E = 200.000 MPa (200 GPa) 
- Coeficiente de Poisson (v): v = 0,3 
- Massa específica (ρ): ρ = 7850 kg/m³ 
 
6.3) Tensões residuais 
Tensões que aparecem durante o resfriamento não uniforme do perfil. 
Processo: As partes que resfriam primeiro diminuem de volume e, quando enrijecidas, passam a resistir à 
diminuição daquelas que ainda permanecem aquecidas. 
Consequências: a tensão de escoamento em algumas partes da seção é inferior à tensão de escoamento fy. 
 
A tensão residual 𝜎𝑟 e adotada na NBR 8800 como sendo 30% da tensão de escoamento fy. Portanto em alguns 
pontos da seção a tensão de plastificação 𝜎𝑝 é: 
𝜎𝑝 = 𝑓𝑦 − 𝜎𝑟 
𝜎𝑝 = 𝑓𝑦 − 0,3𝑓𝑦 
𝜎𝑝 = 0,7𝑓𝑦 
 
 
 
7) Aços estruturais [MOSTRAR TABELA DE AÇOS ESTRUTURAIS – ANEXO A] 
Aços mais comuns preconizados no anexo A da NBR 8800: 
 
*NBR 7007: Aços-carbono e microligados para uso estrutural geral 
MR 250: fy = 250 MPa e fu = 400 MPa (MR = Média Resistência) 
AR 415: fy = 415 MPa e fu = 520 MPa (AR = Alta Resistência) 
 
*ASTM - American Society for Testing and Materials 
ASTM A36: fy = 36 ksi (kilo-libra/pol²) ≈ 250 MPa e Fu ≈ 400 MPa (equivalente ao MR 250) 
ASTM A572 (grau 50): fy = 345 MPa e fu = 450 MPa 
 
OBS: o A36 (MR 250) são os mais utilizados no Brasil 
 
Exemplo 1: 
 
 
Exemplo 2: Em um ensaio de tração, um corpo-de-prova de aço de comprimento 20 cm sofre um alongamento de 
0,25 mm e chega ao limite de escoamento. Sabendo que o módulo de elasticidade do aço é 200 GPa, calcule a 
tensão de escoamento (fy) desse aço e indique sua classificação segundo a NBR 8800 
𝐿 = 20 𝑐𝑚 = 0,20 𝑚 
Δ𝐿 = 0,25 𝑚𝑚 = 0,25 ∗ 10−3 𝑚 
𝐸 = 200 𝐺𝑃𝑎 = 200.000 𝑀𝑃𝑎 
 
𝜎 = 𝐸𝜀 
 
𝜀 =
Δ𝐿
𝐿
=
0,25 ∗ 10−3
0,20
= 0,00125 
𝑓𝑦 = 200 ∗ 10
9 ∗ 0,00125 = 250 𝑀𝑃𝑎 
 
Aço A36 ou MR-250 (fy = 250 MPa)