Fundamentos das Estruturas Metálicas
Introdução às Estruturas Metálicas
O uso do aço como material estruturante na construção civil remonta à
Revolução Industrial, no século XIX. A introdução do ferro forjado e,
posteriormente, do aço laminado, marcou uma nova era na engenharia estrutural.
A primeira grande aplicação notável de estruturas metálicas foi na construção
de pontes e grandes edifícios na Europa e nos Estados Unidos. Um marco
importante foi a construção da Torre Eiffel, em Paris (1889), que demonstrou as
possibilidades do uso do ferro em estruturas de grande porte.
Com a invenção do processo Bessemer, em meados do século XIX, tornou-se
possível produzir aço em larga escala, o que impulsionou o seu uso na
construção. No início do século XX, o aço começou a substituir o ferro fundido
e o ferro forjado, oferecendo melhores propriedades mecânicas, como maior
resistência e ductilidade. A arquitetura modernista também desempenhou papel
crucial na disseminação do uso do aço, com obras icônicas como os arranha-céus
de Nova York e os hangares aeronáuticos, que exploravam o potencial estético e
estrutural desse material.
No Brasil, o uso do aço em estruturas começou a ganhar força a partir da
década de 1930, com a instalação de siderúrgicas nacionais e a modernização da
indústria da construção. Grandes obras de infraestrutura, como pontes
rodoviárias, edifícios comerciais e estádios, passaram a utilizar estruturas
metálicas como alternativa ao concreto armado, sobretudo em situações que
exigiam leveza, rapidez de montagem e resistência.
Atualmente, o aço é amplamente utilizado em edifícios industriais, comerciais, galpões, centros logísticos, estádios e até mesmo em residências, com soluções cada vez mais integradas entre projeto estrutural e arquitetura.
2. Comparação com
Outros Sistemas Construtivos
A escolha do sistema estrutural em uma obra depende de diversos fatores,
como tipo de edificação, disponibilidade de materiais, mão de obra, custo,
prazo e condicionantes ambientais. Os sistemas mais comuns na construção civil
são: alvenaria estrutural, concreto armado e estrutura metálica.
2.1 Estrutura
Metálica
As estruturas metálicas apresentam uma série de vantagens em comparação
com outros sistemas. Entre os principais benefícios, destacam-se:
Contudo, o sistema exige um controle rigoroso na fase de projeto,
detalhamento e execução, sendo sensível à corrosão e à ação do fogo. Por isso,
são necessárias proteções específicas, como pintura anticorrosiva e tratamento
com tintas intumescentes.
2.2 Concreto
Armado
O concreto armado é o sistema mais utilizado na construção civil
brasileira. Consiste na combinação de concreto e armadura metálica,
aproveitando as propriedades de compressão do concreto e de tração do aço. Suas
vantagens incluem:
Por outro lado, o concreto possui maior peso próprio, exige tempo para
cura e desforma, e sua execução é mais lenta e dependente de condições
climáticas.
2.3 Alvenaria
Estrutural
Utilizada principalmente em obras de pequeno a médio porte, a alvenaria
estrutural é caracterizada pelo uso dos próprios blocos como elementos de
suporte. Suas principais vantagens são:
Entretanto, a alvenaria estrutural apresenta baixa flexibilidade de projeto e modificação posterior, sendo limitada quanto à altura e aos vãos livres.
3. Considerações
Finais
A escolha entre estruturas metálicas, de concreto ou alvenaria deve
considerar o desempenho esperado da edificação, o orçamento disponível, o tempo
de execução e as particularidades do projeto arquitetônico. Em muitos casos,
soluções híbridas são adotadas, combinando o que há de melhor em cada sistema.
As estruturas metálicas vêm ganhando espaço na construção civil contemporânea pela eficiência estrutural, sustentabilidade e pela possibilidade de integração com
estruturas metálicas vêm ganhando espaço na construção civil contemporânea pela eficiência estrutural, sustentabilidade e pela possibilidade de integração com tecnologias de automação e pré-fabricação. Sua aplicação tende a crescer ainda mais com a evolução de softwares de modelagem (BIM), que permitem maior precisão no detalhamento e na compatibilização entre os projetos.
Referências
Bibliográficas
Normas Técnicas
Aplicáveis às Estruturas Metálicas na Construção Civil
1. Introdução
As normas técnicas representam um conjunto de diretrizes elaboradas por
entidades competentes, com o objetivo de padronizar processos, garantir a
segurança das obras e promover a qualidade dos materiais e serviços utilizados
na construção civil. No caso das estruturas metálicas, as normas da Associação
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) são fundamentais para orientar o projeto,
a fabricação, a montagem e a manutenção das edificações em aço.
As normas não apenas regulamentam os requisitos mínimos para o desempenho estrutural, mas também asseguram a compatibilidade com outras disciplinas da construção, como arquitetura, fundações, instalações e segurança contra incêndio. Entre as normas mais relevantes, destaca-se a ABNT NBR 8800, que estabelece critérios para o projeto de estruturas de aço e mistas de aço e concreto em edifícios. Outras normas complementares tratam de perfis, soldagem, parafusos estruturais e proteção superficial.
2. ABNT NBR
8800:2008 – Estruturas de Aço e Mistas
A norma ABNT NBR 8800:2008 é o principal documento técnico para o projeto de estruturas metálicas no Brasil. Intitulada "Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios", ela estabelece os procedimentos para dimensionamento, detalhamento, verificação de segurança e estabilidade de estruturas metálicas e mistas.
2.1 Escopo e
Aplicação
A
NBR 8800 aplica-se a estruturas metálicas em edifícios de qualquer
tipo, altura ou uso, incluindo edifícios industriais, comerciais, escolares e
residenciais. A norma contempla tanto sistemas puramente metálicos como
estruturas mistas (aço + concreto), utilizadas em lajes mistas, vigas
colaborantes e pilares compostos.
2.2 Princípios de
Projeto
A norma adota o método dos estados limites, considerando os estados
limites últimos (ruptura) e de serviço (deformações excessivas). Os elementos
estruturais devem ser verificados quanto aos esforços de tração, compressão,
flexão, cisalhamento e combinação destes.
A NBR 8800 também define critérios para:
2.3 Conexões
A norma especifica os tipos de conexões permitidas (soldadas e parafusadas) e seus critérios de dimensionamento. São consideradas as resistências à tração, cisalhamento, arrancamento e esmagamento das ligações, bem como as condições de ductilidade e segurança à fadiga.
3. Outras Normas
Complementares
Além da NBR 8800, diversos outros documentos normativos são aplicáveis a
diferentes etapas do processo construtivo com estruturas metálicas:
3.1 Normas de
Perfis Metálicos
3.2 Normas de
Parafusos e Soldagem
As conexões parafusadas devem observar critérios rígidos de torque, tipo
de parafuso (alta resistência), arruelas e porcas. No caso da soldagem, é
obrigatório seguir os procedimentos qualificados por ensaios destrutivos e não
destrutivos, como líquidos penetrantes e ultrassom.
3.3 Normas de
Proteção Contra Corrosão e Incêndio
Essas normas garantem que a estrutura tenha durabilidade, reduzindo riscos de
corrosão atmosférica e colapso por altas temperaturas.
4. Integração com
Outras Disciplinas
As normas técnicas para estruturas metálicas não operam isoladamente. Em
um projeto completo de edificação, é fundamental garantir a compatibilidade com
normas arquitetônicas, de fundações, instalações prediais e segurança
estrutural geral. Exemplo disso é a ABNT NBR 8681, que trata da ação de
cargas e combinações de carregamento em estruturas em geral.
A atuação de engenheiros e projetistas deve ser integrada a partir de uma leitura conjunta e crítica das normas técnicas pertinentes. O uso de sistemas BIM (Building Information Modeling) tem facilitado a compatibilização e verificação de conformidade normativa nos projetos contemporâneos.
5. Considerações
Finais
O respeito às normas técnicas aplicáveis é condição essencial para a
segurança, a qualidade e a viabilidade econômica das estruturas metálicas. A NBR
8800 funciona como a espinha dorsal do dimensionamento estrutural em aço no
Brasil, mas sua aplicação deve ser acompanhada do estudo das normas auxiliares
de componentes, execução e manutenção.
É importante que engenheiros, arquitetos, técnicos e gestores da construção estejam continuamente atualizados sobre as revisões normativas e os avanços tecnológicos relacionados ao aço estrutural. A capacitação técnica contínua e o rigor na aplicação das normas são os principais aliados na busca por obras mais seguras, duráveis e sustentáveis.
Referências
Bibliográficas
Tipos de Estruturas
Metálicas na Construção Civil
1. Introdução
As estruturas metálicas representam uma das soluções mais versáteis e eficientes da engenharia civil contemporânea. Sua utilização abrange desde grandes obras de infraestrutura até edificações residenciais de pequeno porte. A diversidade de tipologias estruturais em aço permite uma ampla gama de configurações
geométricas, que podem ser adaptadas a diferentes exigências
arquitetônicas, funcionais e econômicas.
As principais categorias de estruturas metálicas incluem treliças, pórticos, vigas e pilares. Cada uma dessas tipologias responde de maneira distinta às solicitações estruturais, sendo escolhidas com base nas cargas atuantes, nos vãos livres desejados, no tipo de uso da edificação e nas condições de fabricação e montagem.
2. Estruturas
Treliçadas
As treliças metálicas são compostas por um conjunto de barras dispostas
em uma configuração geométrica triangular, ligadas entre si por nós articulados
ou rígidos. Essas estruturas são eficazes para vencer grandes vãos com peso
reduzido, o que as torna ideais em coberturas de galpões industriais, pontes,
torres de transmissão e hangares.
A geometria das treliças permite distribuir os esforços axiais (tração e compressão) pelas barras, reduzindo significativamente os momentos fletores e, consequentemente, o consumo de material. Além disso, a modularidade das treliças facilita a pré-fabricação e a montagem em campo, reduzindo custos e prazos de obra.
Existem diversos tipos de treliças, como Pratt, Warren, Howe e Vierendeel, cada uma com suas características específicas de distribuição de cargas e rigidez. A escolha do tipo ideal depende das exigências do projeto, da facilidade de fabricação e do aspecto arquitetônico.
3. Pórticos
Metálicos
Os pórticos são estruturas formadas por pilares e vigas conectados
rigidamente, capazes de resistir simultaneamente a esforços verticais e
horizontais, além de momentos fletores nos nós. São amplamente utilizados em
edificações industriais e comerciais, especialmente quando se deseja um espaço
interno sem obstruções por apoios intermediários.
Os pórticos podem ser simples ou múltiplos, de um ou vários andares, e
seu comportamento estrutural depende fortemente da rigidez das conexões e da
forma geométrica adotada. Pórticos com cobertura em duas águas, por exemplo,
são bastante comuns em galpões industriais e centros logísticos.
Uma vantagem dos pórticos é sua capacidade de absorver ações horizontais, como vento ou sismos, dispensando ou reduzindo a necessidade de contraventamentos adicionais. Em edifícios altos, no entanto, é comum combinar pórticos com núcleos rígidos ou sistemas de contraventamento para garantir estabilidade global.
4. Vigas e Pilares
Metálicos
As vigas são elementos estruturais horizontais responsáveis por suportar cargas verticais e transmiti-las aos
vigas são elementos estruturais horizontais responsáveis por suportar
cargas verticais e transmiti-las aos pilares ou paredes. Nas estruturas
metálicas, as vigas são usualmente perfis I, H ou caixões soldados, projetadas
para resistir a momentos fletores e forças cortantes. Podem ser simples,
contínuas ou compostas, e podem incluir reforços como enrijecedores e chapas de
base.
Já os pilares são elementos verticais que suportam as cargas provenientes
das vigas e da laje, transmitindo-as para as fundações. Em aço, os pilares
podem ser compostos por perfis metálicos simples, colunas caixão ou até perfis
tubulares, dependendo das exigências de carga e estética do projeto.
O dimensionamento de vigas e pilares metálicos deve considerar as normas técnicas aplicáveis (como a NBR 8800), levando em conta os estados limites últimos e de serviço, além das condições de flambagem, torção e esbeltez.
5. Aplicações em
Diferentes Tipos de Edificação
5.1 Indústrias e
Galpões
As estruturas metálicas são predominantes em ambientes industriais,
principalmente devido à necessidade de grandes vãos livres, resistência à
corrosão, rapidez de montagem e possibilidade de expansão futura. As treliças e
pórticos são amplamente empregados nesse setor, muitas vezes combinados com
painéis metálicos de fechamento e coberturas com telhas metálicas.
5.2 Comércio e
Escritórios
No setor comercial, as estruturas metálicas permitem maior liberdade
arquitetônica e estética, além de agilidade na construção. Lojas de grande
porte, supermercados, centros comerciais e edifícios corporativos utilizam
frequentemente estruturas mistas (aço e concreto), com pilares metálicos e
lajes de concreto moldado sobre formas metálicas.
5.3 Edificações
Residenciais
Embora menos frequentes em residências convencionais, as estruturas
metálicas vêm ganhando espaço em construções de alto padrão e sistemas
construtivos industrializados. Casas modulares e pré-fabricadas utilizam perfis
leves formados a frio (steel frame), que oferecem bom desempenho térmico e
rapidez construtiva.
6. Conceitos
Básicos de Tipologia Estrutural
A tipologia estrutural refere-se à forma como os elementos de uma
estrutura se organizam para resistir às cargas aplicadas. A escolha da
tipologia está diretamente relacionada à funcionalidade do edifício, à estética
pretendida, ao orçamento disponível e às restrições do terreno.
Os principais critérios para a definição da tipologia estrutural em aço
incluem:
Além disso, é possível combinar diferentes tipologias dentro de uma mesma edificação, criando sistemas híbridos que aproveitam as vantagens de cada tipo de estrutura.
7. Considerações
Finais
A escolha adequada do tipo de estrutura metálica é essencial para o sucesso técnico e econômico da edificação. Cada tipologia possui características próprias, sendo mais indicada para certos tipos de obra. Treliças, pórticos, vigas e pilares devem ser projetados de forma integrada, com atenção aos requisitos normativos, às condições de uso e aos aspectos de fabricação e montagem.
Com o avanço da tecnologia, novas possibilidades surgem para o uso do aço estrutural, incluindo soluções sustentáveis, modulares e adaptáveis. O conhecimento das tipologias estruturais é, portanto, fundamental para engenheiros, arquitetos e construtores que desejam explorar todo o potencial das estruturas metálicas na construção civil moderna.
Referências
Bibliográficas
Propriedades do Aço
Estrutural na Construção Civil
1. Introdução
O aço é um dos principais materiais estruturais utilizados na construção
civil moderna, caracterizando-se por sua elevada resistência mecânica,
uniformidade, durabilidade e capacidade de ser moldado em diversos formatos.
Sua aplicação em edifícios, pontes, galpões, torres e fundações deve-se a uma
combinação de propriedades físicas e químicas que o tornam extremamente
versátil e confiável.
Além de suas características intrínsecas, o aço também se
destaca pela padronização dos perfis disponíveis no mercado, facilitando o projeto e a execução de obras com rapidez e precisão. Este texto apresenta uma visão geral das propriedades mecânicas do aço estrutural, dos principais tipos de perfis metálicos e dos aços mais comuns utilizados na construção civil.
2. Características
Mecânicas do Aço
2.1 Resistência
A resistência mecânica do aço é a capacidade de suportar esforços sem
sofrer ruptura. Dentre os parâmetros mais importantes estão:
A resistência do aço varia conforme sua composição química e processo de
fabricação. Em geral, a resistência à tração do aço estrutural varia de 250 MPa
a 600 MPa, conforme o tipo.
2.2 Ductilidade
A ductilidade é a capacidade que o aço possui de sofrer deformações
plásticas significativas antes de romper. Essa característica é fundamental
para garantir segurança estrutural, pois permite redistribuir esforços entre os
elementos em situações de sobrecarga ou impactos, evitando colapsos repentinos.
Materiais dúcteis, como o aço, também facilitam a absorção de energia em
situações sísmicas, o que os torna indicados em regiões sujeitas a tremores.
2.3 Elasticidade
O módulo de elasticidade do aço (também chamado de módulo de Young) é um
valor constante que expressa a relação entre tensão e deformação dentro do
regime elástico. Para o aço estrutural, esse valor é aproximadamente 210 GPa
(gigapascals).
Dentro dessa faixa elástica, o aço retorna à sua forma original quando a
carga é removida. Este comportamento previsível facilita o dimensionamento das
estruturas e o controle das deformações ao longo da vida útil da edificação.
Além disso, o aço possui comportamento isotrópico, ou seja, suas propriedades são praticamente iguais em todas as direções, garantindo uniformidade no desempenho estrutural.
3. Tipos de Perfis
Metálicos
Os perfis metálicos são elementos padronizados usados para compor vigas,
pilares, contraventamentos e demais componentes estruturais. São obtidos por
processos de laminação a quente, conformação a frio ou soldagem, e sua escolha
depende do tipo de esforço a que serão submetidos, da estética desejada e da
facilidade de conexão.
3.1 Perfil I (ou
W)
Perfil com seção em
com seção em forma de "I", ideal para suportar esforços
de flexão em uma direção. Muito usado em vigas de piso e cobertura, pontes e
estruturas de edifícios. O formato proporciona alta eficiência estrutural com
economia de material.
3.2 Perfil H
Semelhante ao perfil I, mas com alma mais espessa, proporcionando maior
capacidade de carga axial. É indicado para pilares e estruturas sujeitas a
esforços combinados.
3.3 Perfil U
Possui seção em formato de "U", sendo usado em estruturas leves
ou como reforço adicional em perfis compostos. Também é empregado como guia ou
trilho.
3.4 Cantoneiras
(L)
Perfis em forma de "L", muito utilizados em treliças,
contraventamentos e estruturas secundárias. Podem ser iguais ou desiguais em
suas abas e são fáceis de parafusar ou soldar.
3.5 Tubos
Metálicos (circulares, quadrados ou retangulares)
Tubos estruturais apresentam boa resistência à torção e são amplamente
utilizados em colunas, vigas e elementos arquitetônicos aparentes. Além de
leves e resistentes, possuem boa aparência estética.
A escolha adequada do perfil depende de fatores como esbeltez, rigidez desejada, peso próprio e forma de ligação. O uso de perfis tubulares, por exemplo, é mais comum quando há exigências arquitetônicas ou em estruturas sujeitas a esforços multidirecionais.
4. Aços Comuns na
Construção Civil
Existem diversos tipos de aço utilizados na construção civil,
diferenciados por sua composição química, propriedades mecânicas e normas
técnicas de fabricação. No contexto brasileiro, é comum a adoção de aços
padronizados por normas internacionais, como ASTM (American Society for Testing
and Materials), bem como pelas normas da ABNT.
4.1 ASTM A36
É um dos aços estruturais mais utilizados no mundo. Possui boa
soldabilidade, ductilidade e resistência. Sua resistência mínima à tração é de
250 MPa, sendo amplamente empregado em perfis laminados, chapas e barras para
construção civil.
4.2 ASTM A992
Específico para perfis estruturais, apresenta melhor desempenho mecânico
em relação ao A36, com resistência mínima à tração de aproximadamente 345 MPa.
É muito usado em edifícios metálicos e estruturas sujeitas a maiores cargas.
4.3 ASTM F1554
É uma especificação para barras roscadas e parafusos de ancoragem, dividida em três graus de resistência (36, 55 e 105 ksi). Com propriedades mecânicas definidas e boa soldabilidade, é indicada para fixações estruturais em fundações.
4.4 Aços Nacionais
(ABNT)
No Brasil, a norma ABNT NBR 8800 permite o uso
de aços laminados
produzidos segundo padrões nacionais, como:
Cada tipo de aço deve ser escolhido com base na aplicação, no ambiente de exposição e nos requisitos de projeto. Ensaios laboratoriais e certificações garantem a conformidade dos materiais utilizados com as normas técnicas aplicáveis.
5. Considerações
Finais
O conhecimento das propriedades do aço estrutural é fundamental para
garantir segurança, durabilidade e eficiência nas edificações. As
características mecânicas do aço, como resistência, ductilidade e elasticidade,
proporcionam vantagens significativas em relação a outros materiais
estruturais. A variedade de perfis disponíveis e a padronização normativa
facilitam o projeto e a montagem das estruturas.
A correta especificação do tipo de aço e do perfil metálico mais adequado permite otimizar o desempenho estrutural e reduzir custos. A escolha deve sempre considerar as exigências do projeto, as condições de uso e as normas técnicas em vigor.
Referências
Bibliográficas
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