Aula 2 - Conceitos fundamentais para elaboração de projetos

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Estruturas de aço
Aula 2: Conceitos fundamentais para elaboração de projetos
Apresentação
Nesta aula, discutiremos os conceitos e conhecimentos principais para a elaboração de um bom projeto de estrutura em
aço, como, por exemplo: topogra�a da obra, tipologia da edi�cação, tipos de elementos estruturais (vigas, pilares e
colunas, estruturas treliçadas, tipo de telhas, equipamentos de instalações e equipamentos de utilizações).
Veremos formas de pré-dimensionamentos e abordarmos o levantamento dos carregamentos permanentes e acidentais,
conforme a versão em aprovação da NBR 6120:2018.
Objetivos
Descrever uma estrutura metálica dentro da boa construção, segundo as condições de contorno da NBR 8800:2008;
Explicar um projeto estrutural metálico como lançamento de pilares, tipos de tesouras, elementos estruturais,
posição de colunas entre outros;
Analisar o levantamento de cargas e sua classi�cação para possibilitar o pré-dimensionamento dos elementos
metálicos e posterior dimensionamento adequado.
Projetos de estruturas de aço
As estruturas de aço são bastante difundidas nas construções e dia após dia estão se consolidando no Brasil.
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Exemplo
Qualquer estrutura pode ser em aço, mas deve-se propor o projeto arquitetônico compatível e possível para esse tipo de
estrutura. Veja alguns exemplos.
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 Propriedades dos materiais – aço
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Propriedades dos materiais – aço
O aço, para o uso da NBR 8800:2008 e para a NBR 14762:2010, deve ter as seguintes propriedades:
Módulo de elasticidade igual a 200.000MPa;
O coe�ciente de Poisson igual a 0,30;
Módulo de elasticidade transversal igual a 77.000MPa;
Massa especí�ca do material de 7.850kg/m³ (78,5 kN/m³);
Coe�ciente de dilatação = 1,2 x 10 ºC ;
Relação fu/fy = 1,18 para aços laminados (NBR 8800) e fu/fy 1,08 para aços forjados a frio (NBR 14762).
Os quadros 1 e 2 mostram o tipo de aço e sua resistência característica.
β -5 -1
≥
ABNT NBR 7007 ABNT NBR 6648 ABNT NBR 6649 / 6650
Aços-carbono e microligados para o uso
estrutural e geral
Chapas grossas de aço-carbono para uso
estrutural
Chapas finas (a frio/a quente) de aço-
carbono para uso estrutural
Denominação f (MPa) f (MPa) Denominação f (MPa) f (MPa) Denominação f (MPa) f (MPa)
MR 250 250 400-560 CG - 26 255 410 CF – 26 260 400/410
AR 350 350 450 CG - 28 275 410 CF – 28 280 440
AR 350 COR 350 485 CF – 30 300 490
AR 415 415 520
ABNT NBR 5000 ABNT NBR 5004 ABNT NBR 5008
Chapas grossas de aço de baixa liga e
alta resistência mecânica
Chapas finas de aço de baixa liga e alta
resistência mecânica
Chapas grossas e bobinas grossas, de
aço de baixa liga, resistentes à corrosão
atmosférica, para uso estrutural
Denominação f (MPa) f (MPa) Denominação f (MPa) f (MPa) Denominação f (MPa) f (MPa)
G-30 300 415 F-32/Q-32 310 410 CGR 400 250 380
G-35 345 450 F-35/Q-35 340 450 CGR 500 370 490
G-42 415 520 Q-40 380 480 CGR 500A 370 490
G-45 450 550 Q-42 410 520
Q-45 450 550
ABNT NBR 5920/5921 ABNT NBR 8261
Chapas finas de bobinas finas
(frio/quente), aço de baixa liga,
resistentes à corrosão atmosférica, para
uso estrutural
Perfil tubular, de aço-carbono, formado a frio, com e sem costura, de seção circular
ou retangular para usos estruturais
Denominação f (MPa) f (MPa) Denominação
Seção circular
Seções quadrada e
retangular
f (MPa) f (MPa) f (MPa) f (MPa)
CFR 400 250 380 B 290 400 317 400
CFR 500 310/370 450/490 C 317 427 345 427
y u y u y u
y u y u y u
y u
y u y u
 Quadro 1 – Tabela de tipos de aço e resistência para uso Estrutural – (Tabela A.1 da NBR 8800:2008)
Classificação Denominação Produto Grau f (MPa) f (MPa)
Aço - carbono
A36
Perfis
- 250 400 a 550
Chapas e barras
A500 Perfis
A 230 310
B 290 400
Aço de baixa liga
e alta resistência
mecânica
A572
Perfis
42 290 415
50 345 450
55 380 485
60 415 520
65 450 550
Chapas e barras
42 290 415
50 345 450
55 380 485
60 415 520
65 450 550
A992 Perfis - 345 a 450 450
Aços de baixa liga
e alta resistência
mecânica
resistentes à
corrosão
atmosférica
A242 Perfil -
345 485
315 460
290 435
A588
Perfis - 345 485
Chapas e barras
- 345 480
- 315 460
- 290 435
Aços de baixa liga
temperados e
autorrevenidos
A913 Perfis
50 345 450
60 415 520
65 450 550
y u
 Quadro 2 – Tabela de tipos de aço e resistência para uso frequente em estruturas – (Tabela A.2 da NBR 8800)
Atenção 
 
*Há outras informações na Tabela A.2 que foram suprimidas aqui, e que serão tratadas em momento
oportuno.
 (Fonte: Sorn340 Images / Shuterstock)
Determinação das ações de uma estrutura em concreto armado
conforme NBR 6120:2018 (previsão)
Carga
Força externa devido à gravidade.
Ações
Tudo aquilo que provoca tensões (deformações).
Peso próprio
É parte da ação que corresponde exclusivamente ao peso do elemento estudado. Esta ação é nominada g .
Ação permanente
O item 3.5 da NBR 6120:2018 (previsão) descreve como ação permanente a atuação:
1
"(...) com valores praticamente constantes, ou com pequena variação em torno de
sua média, durante a vida da edi�cação. Também são consideradas ações
permanentes aquelas que aumentam com o tempo, tendendo a um valor-limite
constante. São exemplos de ações permanentes diretas o peso próprio da
estrutura e demais elementos construtivos, os pesos de equipamentos �xos, os
empuxos devido ao peso próprio de terras e outros materiais granulosos quando
forem admitidos como não removíveis, o peso da água em piscinas e
reservatórios que permanecem cheios durante a maior parte da vida da
edi�cação."
Ação variável
O item 3.7 da NBR 6120:2018 (previsão) descreve como ação variável a atuação:
"(...) com valores que apresentam variações signi�cativas em torno de sua média
durante a vida da edi�cação. Seus valores são estabelecidos por consenso e
possuem de 25% a 35% de probabilidade de serem ultrapassados no sentido
desfavorável num período de 50 anos (o que corresponde a um período médio de
retorno de 174 a 117 anos, respectivamente). São consideradas ações variáveis
as ações de uso e ocupação da edi�cação atuantes sobre pisos, coberturas,
barreiras, guarda-corpos e parapeitos, divisórias móveis, pressões hidrostáticas e
hidrodinâmicas (exceto o peso da água em piscinas e reservatórios que
permanecem cheios durante a maior parte da vida da edi�cação), forças devido à
ação do vento e variação de temperatura. Em função da probabilidade de
ocorrência durante a vida da edi�cação, as ações variáveis são classi�cadas
como normais ou especial."
Lembre-se de que os carregamentos podem ser generalizados, localizados
ou especí�cos (concentrados). Isso depende de cada projeto, do uso da
estrutura e da imprevisibilidade do carregamento.
Saiba mais
Veja agora os quadros 3 a 6 extraídos da NBR 6120:2018, que está em fase �nal de revisão e será adotada para que o
projetista possa usar nos dimensionamentos estruturais.
Quanto a sobrecargas de cobertura, a NBR 6120:2018 aplica uma regra que será descrita abaixo.
q = 0, 50. α         0, 25 kN/m²  ≤  α  ≤  0, 50 kN/m²
1%  <  i  ≤  2%
2%  <  i  <  3%
α =                             i  ≥  3%
⎧
⎩
⎨
⎪
⎪
1, 0        
2, 0 − 0, 5i
0, 5        
Atenção
Mesmo sem a publicação da norma, as mudanças serão utilizadas e os critérios serão aplicados, após a publicação da NBR
6120, este material precisará de revisão.
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 (Fonte: lightrain / Shuterstock)
Tipologia de cobertura metálica
As coberturas em estruturas metálicas são executadas normalmente em treliças metálicas reticuladas, apoiadas em pilares
metálicos conforme a �gura 2.
As telhas são �xadas em elementos denominados terças e cumeeiras.
 Figura 2 – Projeto de cobertura em estrutura de aço para galpões industriais em treliça. (Fonte: UENF)
Além das estruturas treliçadas, pode-se usar estruturas em pórticos estruturais formados por per�s em U ou T, conforme �gura
3. Figura 3 – Projeto de cobertura em estrutura de aço para galpões industriais em pórticos. (Fonte: UENF)
Tipos mais comuns
Os tipos mais comuns de treliças para a formação de telhados são:
 Figura 4 – Tipos de treliças para a cobertura. (Fonte: Elaborado pelo autor)
Agora, vamos projetar uma cobertura em estrutura de aço. Nosso estudo abordará os conceitos e os componentes curriculares
da disciplina. É um processo prático e simples.
A �gura 5 traz um exemplo real e prático de uma estrutura metálica:
 Figura 5 – Estrutura de aço de um galpão industrial. (Fonte: Elaborado pelo autor)
 Figura 6 – Estrutura de aço: 01 Banzo superior, 02 – Banzo inferior, 03 – Diagonal, 04 – Montante, 05 – Terça e 06
– Telha. (Fonte: Elaborado pelo autor)
 Projeto de cobertura em estruturas de aço
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Projeto de cobertura em estruturas de aço
O objetivo do projeto é desenvolver a capacidade de projetar estruturas de aço para coberturas.
Para a elaboração do projeto, seguiremos os requisitos abaixo:
1. Seguir as prescrições da NBR 8800:2008;
2. Dimensionar os elementos da treliça — banzos, diagonais e montantes, pelo menos duas ligações parafusadas,
dimensionar as terças (a mais solicitada);
3. Devido às �ambagens comprimidas e �exionadas, sugerimos não ter elementos com comprimentos superiores a
145cm.
O projeto terá os seguintes pontos avaliados:
Caracterização do projeto com as condições de contornos adequadas para desenvolver os esforços solicitantes e
posterior dimensionamento das peças metálicas. Neste item, deve-se obter: tipo do aço, local da obra, dimensões
do empreendimento, tipo de telha e inclinação, equipamentos, e uso do local, instalações prediais, resistência do
aço e tipo do parafuso de ligação;
Caracterização das ações — determina as ações e suas possibilidades de ocorrer e, na sequência, todos os
valores em combinação dos esforços na treliça estrutural (não será vista a ação do vento, que será tratada na
aula 3).
Característica da estrutura
Trata-se de uma estrutura de aço no tipo treliçada. A altura do galpão será de 6,00m (6000mm), localizada na cidade
de Ribeirão Preto, onde a umidade relativa do ar é, em média, de 65%.
Adotar galpão com dimensões de 12,00 x 24,00 (12000mmx24000mm), o uso será industrial e terá uma ponte rolante
de 1,2tf (12kN) concentrada em ponto indicado no projeto.
A cobertura será feita com telha do tipo metálica trapezoidal de 0,8mm dupla com miolo de poliuretano (PU) expandido
(25mm), com inclinação de 12%. A estrutura receberá instalações prediais (tubulação de água, águas pluviais,
instalações elétricas e sistema de climatização).
A posição das tesouras será proposta pelo processo de projeto de “Viga Gerber”. Deve-se considerar o beiral em toda a
estrutura de 1,00m (1000mm).
Atenção 
 
As estruturas metálicas são contadas na unidade milímetro, devido a sua precisão. Como o processo de
fabricação das estruturas é bastante industrializado, permite-se maior precisão. Portanto, adota-se a
medida milímetro.
Projeto das posições das tesouras
Há vários critérios para a escolha da posição das tesouras, a mais interessante é a que condiciona os momentos
iguais nas terças. Isso cria várias vantagens como:
Facilidade no dimensionamento dos elementos estruturais;
Possibilita melhor racionalização das distâncias das tesouras;
É um processo matemático e não empírico;
É simples e bastante engenhoso;
Possibilita saber qual será a posição das emendas das terças sem a necessidade de grandes reforços.
O critério é determinar o número de divisões ou tesouras e, com isso, encontrar as distâncias entre elas. Entretanto,
você sempre precisa realizar com distâncias não superiores a 5000mm, caso contrário necessitará de terças com
dimensões grandes.
O método que abordaremos lhe ajudará a resolver, de forma racional, o posicionamento das estruturas.
Este método tem como vantagem:
Posicionamento ideal entre as tesouras, em que todas resistirão com a mesma intensidade dos esforços
solicitantes;
Uniformidade das reações das treliças para as infraestruturas (fundações), redução de elementos estruturais e
soluções adequadas;
Redução dos efeitos dos ventos e melhor resistência a essas ações;
Simpli�cação das ações solicitantes nas terças e treliças;
Posicionamentos adequados das emendas das terças;
Método aplicado para uso em projetos arquitetônicos.
ℓ = L
n−0,293
a =  .  ℓ         2√
4 b =  .  ℓ          
2√
2
c =   (2 − ) .  ℓ1
4
2√
=   =M +
máx
M −
máx
pℓ2
16
O projeto das treliças permite simpli�car vários processos de dimensionamento. Entre eles a determinação dos
esforços solicitantes e as ações que ocorrem em nível das terças (peso próprio, peso as instalações prediais, forros,
peso de telhas, sobrecargas, cargas de equipamentos e ação do vento).
Assim, para distâncias entre terças com intensidade “m”, é possível determinar as reações nas treliças:
Onde: 
M – Distância entre as terças de uma tesoura. 
g – Ações permanentes na estrutura metálica em kN/m². 
q – Ações acidentais na estrutura metálica em kN/m².
Comentários gerais sobre as estruturas de aço
Os projetos de estruturas de aço necessitam de um aprofundamento no comportamento global, em especial, devido a
efeitos do vento e alteração de temperatura.
Esses estudos são importantes pois há exemplos de estruturas de aço que, mesmo dimensionado com as prescrições
normativas, entraram em colapso parcial ou total devido à negligência desses fenômenos pelos projetistas.
Além disso, o acompanhamento dos pro�ssionais na obra e a garantia das condições de projetos na obra permitirá
uma estrutura adequada e de qualidade.
É obvio que nossa cultura é negligente quanto às condições de normas, pois, quando se elabora uma estrutura de aço,
ela passa a ter certa robustez e elementos construtivos. Por isso, para um leigo, é desnecessário.
É comum nos depararmos com um executor que diz “jamais �z isso”, “dá para executar três obras com essa estrutura”,
“sempre �z assim e nunca deu problema”.
O proprietário sente-se tentado ao ouvir essas frases, pois trata-se de recursos �nanceiros. Logo, é bastante
complicado resolver isso. A área tem diversas pessoas sem os conhecimentos básicos, mas que são “experts em
estruturas de aço”.
A sugestão é debater com iguais. Não dá para um pro�ssional com bases técnicas discutir com leigos do tipo “sabe
tudo”.
Você deve apresentar ao proprietário a garantia da sua estrutura. Se for executada de forma adequada, os recursos
alocados para a estrutura estão garantidos, ou seja, você é um minimizador de riscos.
 Figura 7 – Projeto de terças metálicas por meio do projeto de viga Gerber. As
posições de “c” indicam onde serão as emendas desses elementos. Dessa forma, os
momentos fletores ficarão sempre com a mesma intensidade, os apoios serão a
posição das tesouras e, nesse processo, as primeiras tesouras ficarão afastadas.
  =              =Pgi
m .   . ℓgi
2 Pqi
m .   . ℓqi
2
i
i
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
Atividade
1. Qual a caracterização das estruturas metálicas proposta nesta aula, incluindo o levantamento de cargas?
2. Como será a treliça que resistirá a ações?
3. Projeto das tesouras, conforme método aplicado:
Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 8800: projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de
aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro: ABTN, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 14762: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas
por per�s formados a frio. Rio de Janeiro: ABTN, 2010.
Próxima aula
Ação do vento para coberturas;
Esforços solicitantes;
Combinações de esforços.
Explore mais
Leia o Manual de Construção em Aço. Galpões para usos gerais.
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