O documento discute a história e uso de estruturas metálicas na construção civil. Ele traça a evolução do uso de metais como ferro e aço desde a antiguidade, o desenvolvimento dos processos de fabricação de aço no século 19, e exemplos importantes de estruturas metálicas históricas. Também aborda vantagens e desvantagens do uso de estruturas metálicas e detalhes de projeto.

1. Estruturas Metálicas
Arqº Renato Carrieri
Eng° Bruno Ribeiro

2. Introdução
Breve História. Cronologia
O processo de fabricação
Propriedades mecânicas
Componentes e tipologias de perfis
Preparação de superfície
Utilização de revestimentos em estruturas metálicas
Organização do sistema estrutural em aço
Justificativa para o uso do aço
Comparativo dos materiais estruturais
Vantagens na utilização da Estrutura Metálica
Desvantagens na utilização da Estrutura Metálica
Detalhes recomendados para projeto

5. Introdução
Este é um assunto aparentemente complexo, pelo fato de envolver leis físicas equacionadas pela matemática e
aplicadas ao projeto de edifícios, e ainda por cima envolvendo elementos pré fabricados produzidos pela
indústria, e utilizados na construção civil.
Porém, embora pareça complicado, no final acaba restrito ao trinômio projeto de arquitetura - indústria da
construção - mercado consumidor, e vencida a barreira do preconceito e a falta de conhecimento, segue os
princípios básicos da engenharia estrutural submissa às leis da física, e acima de tudo inclina-se sem a menor
sombra de dúvida, à lógica e ao bom senso que devem prevalecer, no momento em que um Arquiteto se dirige
à sua prancheta para o desempenho de sua tarefa : projetar edifícios...
A escolha de um sistema estrutural seja de aço, concreto ou madeira, visando o equacionamento e resolução
da problemática imposta pelo programa arquitetônico, envolve um sem número de questões que abrangem a
legislação específica de Municipío e Estado, variáveis culturais e econômicas ligadas aos investidores, etc.
De modo que a decisão em torno da escolha da estrutura metálica como sistema estrutural de
uma edificação, deve ser consciente e totalmente desvinculada de modismos passageiros, fruto da reflexão em
torno das questões acima e do conhecimento das vantagens que a mesma possa oferecer, tendo em vista os
objetivos principais: qualidade no projeto e conseqüentemente na obra – prazos ajustados às necessidades do
investidor – custos reduzidos.

6. TABELAS COMPARATIVA DE SISTEMAS CONSTRUTIVOS
Custo m2 Prazo de execução Fundação Manutenção
• Concreto Armado R$ 960.00 Depende da MO Medianamente carregada Esporádica
• Aço R$ 1.050.00 Rápido Aliviada Periódica
• Pré moldado Concreto R$ 800.00 Rápido Carregada Esporádica

7. BREVE HISTÓRIA

8. Processos construtivos. Evolução ao longo da história demonstrada por gráfico.
Os materiais disponíveis na antiguidade eram a argila matéria prima do adobe
, a pedra e a madeira.

9. O uso dos metais iniciou-se por volta de 4000 a.C. na Mesopotâmia e Egito. O metal conhecido mais antigo é
o cobre, que, juntamente com o bronze foi utilizado desde os primórdios da civilização para a fabricação de
utensílios e armas substituindo a pedra e a madeira. A partir de uma determinada época, o ferro passou a ser
também utilizado, substituindo o bronze por volta de 1.200 a.C. no nordeste e sudeste da Europa.
Talvez a 1ª fusão tenha acontecido acidentalmente, quando uma fogueira cercada de blocos de pedra com
veios de cobre derreteu o metal.
Po volta de 1500 a.C. o homem começou a moldar o cobre derretido em formas de barro, fabricando
utensílios rudimentares como machados, pontas de lança etc.
O bronze, uma liga metálica mais dura do que o cobre, formada pela associação deste com o estanho, surgiu
no Egito em 3000 a.C. possibilitando a manufatura de armas e utensílios bem mais eficientes.
A utilização do ferro só aconteceu muito tempo depois, também na fabricação de utensílios, objetos de arte e
armas de guerra. Porém a obtenção do metal através da fusão do minério, se deu por volta de 1200 a.C. e o
descoberta do processo se deve aos Hititas, povo que habitava a região hoje ocupada pela Síria.
Da idade do ferro até a idade média, o mesmo era produzido em fornalhas, e sua forma era resultado do
trabalho manual.
Por volta de 1700, Abraham Darby utilizou pela 1ª vez o coque, resíduo sólido componente da hulha,
combustível mineral de alto poder calorífico, em substituição ao carvão vegetal, dando início à produção do
ferro em larga escala. A metalurgia definiu então processos de extração e manufatura dos metais,
contribuindo para o avanço da técnica construtiva, incipiente até então devido á pouca resistência dos
materiais utilizados. Porém, somente após a invenção da máquina a vapor em 1765, (J. Watt) é que as
grandes siderúrgicas desenvolveram-se mais rapidamente.
Em 1786 Cort inventa o laminador para fabricação de perfis e de chapas de ferro.

10. A multiplicação da produção do carvão e do ferro e a invenção do laminador de chapas e trilhos, tornou
possível a construção das primeiras ferrovias, responsáveis diretas pelo aumento da produção industrial, e
pelo transporte a longa distância da matéria prima industrializada. Viabilizou também a invenção do
elevador em 1853, [ responsável : Elisha G. Otis ] que iria possibilitar o nascimento da Escola de Chicago
nos Estados Unidos, dando início à construção dos arranha céus modernos.
Chicago depois da quase completa destruição pelo incêndio de 1871, com a construção das primeiras
ferrovias transformou-se em um dos maiores mercados mundiais, consumidor de trigo, máquinas e
ferramentas. Para suprir o rápido crescimento da cidade, a única forma de satisfazer as exigências do
mercado era a verticalização das construções, e para tanto, a invenção do elevador e a utilização da
estrutura metálica na construção dos primeiros edifícios altos estabeleceram as diretrizes fundamentais dos
eventos que se seguiram.
Em 1801 o ferro laminado foi utilizado pela 1ª vez na articulação viga x pilar na Fiação Phillip & Lee
Na cidade de Stanford – Inglaterra
Em 1856 Sir Henry Bessemer Engº inglês envolvido em pesquisas relacionadas com a produção de artefatos
bélicos, havia descoberto e desenvolvido o processo de fabricação do aço, que a partir de 1890 substituiria
o ferro como material estrutural.
O processo consiste em insuflar ar em um recipiente chamado conversor, contendo o metal líquido
conhecido como ferro gusa. A injeção do jato de ar elimina quase todo o carbono, convertendo dessa
forma o ferro gusa em aço. Portanto, o aço pode ser descrito como uma liga metálica com baixos teores de
carbono [ em torno de 0,002% variando até 2,00% ] Dessa data em diante, a produção foi aperfeiçoada,
incorporando-se à liga outros metais como manganês, cromo, níquel, vanádio etc. constituindo a classe dos
aços especiais, de uso característico do século XX.
No Brasil, na era Vargas teve início o processo de industrialização. Em 1930 Getúlio cria o Ministério do
Trabalho Indústria e Comércio, e em 1931 a Comissão Nacional de Siderurgia.

11. Em 1932 foi instituída a carteira profissional como documento obrigatório para registro dos contratos de
trabalho, e em 1939, já no Estado Novo, é instituída a Justiça do Trabalho.
Em 1941, com financiamento de vinte milhões de dólares do Eximbank, começou a construção da Usina de
Volta Redonda no Estado do RJ.
Em 1957 durante o Governo JK, foi lançado o primeiro automóvel nacional, o DKW Vemag.
Privatizada em 1993, a CSN produz hoje seis milhões de ton. de aço/ano.
A Cosipa iniciou suas atividades em 1963, sendo privatizada 30 anos depois. Produz dois milhões e meio de
toneladas/ano.
A Usiminas foi fundada em 1954 em BH. Privatizada em 1991, sua produção gira em torno de quatro milhões
e meia de toneladas/ano.
A Cia. Siderúrgica de Tubarão no ES iniciou suas operações em 1983. Privatizada em 1992, é a maior
produtora mundial de placas de aço com quatro milhões e meio de toneladas/ano.
A Açominas, hoje também privatizada, começou a operar em 1986, produzindo atualmente três milhões de
toneladas anuais.
Até 1980 o Brasil importava aço; a partir de 2001 somos o 8º produtor mundial com vinte e sete milhões de
toneladas/ano.
O aço, hoje, é um dos sistemas construtivos indutores do processo de racionalização da construção,
contribuindo para a mudança de mentalidade em relação à construção civil no Brasil, onde ainda predomina o
processo produtivo artesanal, caracterizado pela lentidão, baixa produtividade e grandes desperdícios.

12. CRONOLOGIA DAS OBRAS

13. COALBROOKEDALE BRIDGE RIO SEVERN - INGLATERRA
Thomas Farnoll & John Wilkinson. 1777
Ponte de ferro em arco. Vão = 30m.

14. 1850
Joseph Louis Lambot
Diz o eminente Professor Augusto Carlos de Vasconcelos em seu livro “O Concreto no
Brasil”, que “a idéia de associar barras metálicas à pedra ou argamassa com a
finalidade de aumentar a resistência às solicitações de serviço remonta ao tempo dos
romanos”.
Prossegue o Professor Vasconcelos, afirmando que “O Engenheiro Francês Joseph
Louis Lambot efetuou em 1850 as primeiras experiências práticas de introdução de
ferragens em uma massa de concreto”. Antes disso, J.Aspdin havia obtido em 1824 a
patente da produção do cimento na cidade de Portland na Inglaterra.
O interessante é que a primeira conseqüência direta da aplicação dos experimentos de
Lambot foi um barco, conforme o texto original do Autor, visto que o papel da malha
metálica seria “o de segurar a argamassa no lugar, dispensando o uso de moldes
complicados e dispendiosos”.

15. Data 1850
Evento Construção da 1ª estrutura em concreto armado: um barco
Responsável J. Lambot

16. Prosseguindo em seu relato, Vasconcelos relata o curiosíssimo fato que deu impulso à
descoberta de Lambot:
Tentando comercializar o invento, Lambot decidiu exibi-lo na Exposição Universal de Paris.
Muito embora não tendo obtido o reconhecimento imediato do público, seu invento
inesperadamente acabou por despertar a atenção de um comerciante de plantas ornamentais
chamado Joseph Monier .
Este, através de um agudo senso prático resolveu substituir as caixas de madeira utilizadas
como recipiente de terra úmida, pelo novo material naturalmente muito mais resistente à água
do que a madeira.
E durante muito tempo Monier produziu e comercializou recipientes de cimento armado
chegando a desistir da sua atividade principal, até que ao registrar a patente daquilo que fazia
acabou sendo considerado como o criador do Concreto Armado. Porém, um detalhe
significativo é que tanto Lambot quanto Monier associavam o processo de fabricação de
elementos de cimento armado com a sua utilização em contato com a água.
Por exemplo, Monier fabricava vasos, caixas d’água, tubos para encanamentos etc.

17. BIBLIOTÈQUE ST. GENEVIÈVE - 1843-1850 - PARIS
H. Labrouste
1ª obra pública em ferro forjado projetada por Arquiteto.

18. PALÁCIO DE CRISTAL - 1850-1851 - LONDRES
Joseph Paxton
Peças pré fabricadas de ferro. Abrigou a 1ª Exposição Mundial da História, a
Exposição Internacional de Londres, com 71.793 m2.

19. GALLERIA VITTORIO EMANUELE - 1867-77 - MILANO
Giuseppe Mengoni
Abóbada de berço em ferro fundido e vidro

20. Brooklyn Bridge
1869 - 1883
Johann August Roebling (1806 - 1869)

21. HOME INSURANCE BUILDING -1885 - 1931(demolido) - Chicago
Engº Willian Le Baron Jenney

22. TORRE EIFFEL [ 320.75 m. ]
Engº. Gustav Eiffel
Torre construída para a Exposição Internacional de Paris. 1889

23. GALERIA DAS MÁQUINAS - PARIS
Data 1889
Tipologia Estrutura articulada de arcos
plenos, vencendo vão de 115m
com 423m de comprimento e
45m de altura.
1ª obra em que o aço foi
utilizado como material
estrutural em uma construção
desse porte.
Autores C. Dutert e V. Contamin

24. FORTH BRIDGE - 1890 - ESCÓCIA Benjamin Baker e John
Fowler
1ª Ponte em aço do mundo!
Comprimento total: 2.460 m. Altura das torres: 100 m.

25. 25 BIS-RUE FRANKLIN - 1903 - PARIS
Auguste Perret
1º edifício em concreto armado do mundo.

26. VIADUTO SANTA EFIGÊNIA 1913
G. Michele & G.Chiappori. Estrutura : Acièries d’Angleur
Estrutura fabricada na Bélgica com 3 arcos tri articulados em aço. Vãos de 51 m. entre apoios e flecha de 7.5 m. [relação entre L/7
e L/8]. Tabuleiro superior com 5 vãos independentes de 225 m. de comprimento total e largura de 13.60. Os 4 arcos paralelos são
formados por vigas curvas de secção caixão em aço laminado rebitado.
Montantes verticais apoiam - se nos arcos mantendo 3,6 m. de distância entre si, interligados por uma longarina longitudinal com
travamento transversal, além dos contraventamentos verticais e horizontais. A obra em estilo Art-nouveau, foi inaugurada pelo
Prefeito Raymundo Duprat.
Fonte : Revista de Engenharia. 1912.

27. Passarela Debilly sobre o Rio Sena, Paris. Engºs. Jean Résal & Amédée Alby. Ingénieur en
chef des ponts et chaussées.
Inaugurada em 26.10.1898 e transformada em monumento histórico em 18.04.1966, leva o
nome do Gal. Jean Louis Debilly, morto na batalha d'Iéna em 1806.

29. EMPIRE STATE - 1931
SHREVE, LAMB AND HARMON

30. EMPIRE STATE - 1931 -EUA
Shreve, Lamb & Harmon

31. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E SAÚDE 1936 - RJ. MARCO 1 DO MOV. MODERNO NO BR
Lúcio Costa, Oscar Niemeyer, Carlos Leão, Jorge Moreira, Affonso E. Reidy e Ernani Vasconcellos

32. EDICÍCIO GARAGEM AMÉRICA -
Av. 23 de Maio São Paulo - 1957.
Arq. Rino Levi
Cálculo : Eng°. Paulo Fragoso
Estrutura metálica utilizada pela 1ª vez na construção de um Edifício
de múltiplos pavimentos no Brasil

33. EDIFÍCIO PALÁCIO DO COMÉRCIO - 1959
Local : R. 24 de Maio esq. com R.
Conselheiro Crispiniano - SP
Arquitetura : Lucjan Korngold
Cálculo : Paulo Fragoso

34. WORLD TRADE CENTER - NEW YORK - 1966 - 77
Arqº MINORU YAMAZAKI
Estrutura:Skilling, Helle & Jackson

36. JOHN HANCOCK CENTER - CHICAGO - 1970
BRUCE GRAHAM / SOM

37. INSTITUTO CULTURAL ITAÚ - 1992
Local : Av. Paulista,149 - Paraíso - SP Arquitetura :
Ernest Robert de Carvalho Mange, Ricardo Belpiede
Cálculo : Jorge Zaven Kurkdjian

38. Resumo dos fatos mais importantes relacionados ao uso dos metais
• Início do uso dos metais (cobre) 4000 a.C.
• O surgimento do bronze (cobre + estanho) 3000 a.C.
• Utilização do minério de ferro 1700 a.C.
• Obtenção do ferro por fundição com adição do coque e início da produção em larga escala 1720
• Invenção da Máquina a Vapor [início da Revolução Industrial] 1765
• Coalbrookedale Bridge – Ponte em arco com 30m. de vão. 1777
• Invenção do laminador para produção de chapas 1786
• Fiação Phillip & Lee: ferro laminado usado p / 1ª vez na articulação viga x pilar 1801
• Obtenção da patente de produção do cimento 1824
• Laminação dos primeiros trilhos de trem 1830
• Bibliothèque St. Geneviève : 1ª obra em ferro projetada por Arquiteto 1850
• Palácio de Cristal : 1ª Exposição Mundial da História 1851
• Construção das primeiras Estações ferroviárias em Londres 1852
• Construção dos primeiros elevadores mecânicos 1853
• Arcos treliçados de ferro laminado apoiados em colunas de ferro
fundido, sustentando uma cúpula com clarabóia (Bibliothèque Nationale) 1855
• Descoberta do processo de fabricação do aço 1856

39. • Abóbada de berço em ferro fundido e vidro (Galeria Vittorio Emanuele) 1877
• Ponte do Brooklyn com 487 m. de vão 1883
• Carnegie Steel Company começa a produzir vigas de aço laminado em substituição
às vigas de ferro 1885
• Torre Eiffel : Exposição Internacional de Paris 1889
• Galeria das Máquinas : 1ª obra que utilizou o aço como material estrutural 1889
• Forthbridge : 1ª ponte em aço do mundo com duplo balanço treliçado e 521 m de vão! 1890
• Estação da Luz [ São Paulo ] 1901
• Construção do 1º edifício em concreto armado : Edifício da Rua Franklyn 1903
• Teatro José de Alencar [ Fortaleza ] 1910
• Viaduto Santa Ifigênia SP 1913
• No Brasil Vargas cria a Comissão Nacional de Siderurgia 1931
• Construção Conjunto da Pampulha 1940
• Usina de Volta Redonda 1941
• Edifício Sede do Ministério da Educação
início do movimento moderno no Brasil 1943
• Lançamento do 1º automóvel nacional : DKV Vemag 1957
• Edifício Gargem América : estrutura metálica
utilizada pela 1ª vez em em edifícios de múltiplos andares em SP 1957
• Brasil importador de aço até 1980
• Brasil, 8º produtor de aço do mundo (27 milhões toneladas / ano) 2001

40. O processo de fabricação
O aço utilizado na construção civil é uma liga metálica que combina minério de ferro e
pequenas quantidades de carbono (de 0,18 até 0,25%).
Sua fabricação implica na necessidade da eliminação das impurezas contidas na liga.
Seu processo de fabricação passa pelas etapas seguintes:
a. Preparação das matérias primas (minério de ferro e carvão mineral).
b. Produção de gusa em alto forno.
Ferro gusa é o produto da fusão do minério para fins de eliminação de resíduos e
impurezas. É a matéria prima principal para fabricação do aço.
c. Produção do aço na Aciaria.
Ao sair da Aciaria, o aço é transformado em lingotes e enviado para a laminação, onde
são transformados em placas e posteriormente em chapas grossas (6 a 150mm) e
bobinas (2 a 13 mm).
Em resumo:
A - Preparo das matérias primas.
B - Produção de gusa.
C - Produção de aço.
D - Laminação.

41. Aços especiais
Aço comum ASTM
Aços especiais Cos-ar-cor COSIPA
Cortain CSN
SAC Usiminas
Aços patináveis são aqueles que devido à presença do cobre cromo e níquel na sua
composição, apresentam uma camada ferruginosa depositada em sua superfície. A
presença dos cobre, cromo e níquel favorece a aderência da camada protetora. Não
são adequados entretanto para utilização em ambientes agressivos como aqueles
situados em regiões litorâneas.
Neste caso convém utilizar os aços galvanizados. [ Galvanização = imersão em Zinco]

42. 1 Porto
Pelo Porto da COSIPA, que tem capacidade de movimentação de 12 milhões de toneladas
por ano, chegam o carvão mineral vindo de diversos países do mundo, o minério de ferro
proveniente de Carajás e é por onde são embarcados os produtos siderúrgicos destinados
ao mercado externo.

43. 2 Complexo Ferroviário
Por via ferroviária a COSIPA é abastecida, principalmente, de minério de ferro proveniente
de diversas empresas mineradora, e de todas as outras matérias primas necessárias à
produção do aço, como fundentes e escorificantes.
3 Pátios de Matérias Primas
Aqui o minério de ferro e o carvão mineral são estocados e posteriormente
homogeneizados, peneirados e bitolados para uso na coqueria e nos altos fornos.

44. 4 Sinterização
Depois de homogeneizados e peneirados, tanto os finos de minério de ferro como os finos
de carvão são processados criando um aglomerado, chamado de sínter, que vai compor a
carga dos alto fornos juntamente com o minério e o coque.
5 Coqueria
Nesta fase o carvão mineral é cozido em fornos especiais para retirada dos componentes
mais voláteis, transformando-se em coque que é o combustível dos altos fornos.

45. 6 Alto Forno
Volume Interno Capacidade (Mt/ano)
Alto Forno Nº 1 1.829 m3 1.54 Mt
Alto Forno Nº 2 3.180 m3 2.85 Mt
Neste equipamento, o minério de ferro (Fe2O3) sofre um processo químico de redução,
através do carbono presente no coque, resultando no ferro gusa líquido, que é a matéria
prima da aciaria.

46. 7 Aciaria
Aqui o ferro gusa sofre um processo de modificação de composição química, com redução
do teor de carbono, através da injeção de oxigênio, e adição de ferro-ligas, como o
manganês e outros elementos como alumínio ou silício; transformando-se em aço. O aço
ainda pode ser refinado através da injeção de cálcio-silício, da desgaseificação a vácuo e
de tratamento secundário no forno panela, de acordo com as especificações de norma ou
exigências do cliente. Uma vez pronto, o aço é moldado em placas que serão
posteriormente laminadas ou exportadas como semi-acabados.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO CAPACIDADE (Mt/ANO)
3 Conversores 4.50
4 Máquinas de Lingotamento Contínuo 4.30

47. 8 Conversor
9 Forno Panela
10 Injetora de Cálcio Silício
11 Desgaseificação
12 Lingotamento Contínuo
13 Placas / Laminação de Chapas Grossas

48. Laminação de Chapas Grossas
Laminador de Chapas grossas
CARACTERÍSTICAS CAPACIDADE (Kt/ANO)
Laminador Duo-Reversível 1.000
No Laminador de Chapas Grossas, as placas vindas da aciaria são reaquecidas e
laminadas, num processo caracterizado por diversas passadas pelo laminador , até
que seja atingida a espessura e largura desejadas.
Depois de laminada, a chapa grossa passa pela desempenadeira a quente o que lhe
confere melhor planicidade, e esfria ao ar no pátio de estocagem.
Já na temperatura ambiente, passa na tesoura para ser aparada nas dimensões finais
e depois recebe a marcação por pintura e puncionamento.
Quando requerido, as chapas grossas podem ainda ser inspecionadas no ultra-som
on-line, o que garante que seu interior esteja livre de defeitos.

49. 14 Forno de Placas
15 Laminador de Chapas Grossas
16 Desempenadeira a Quente
17 Linha de Tesouras
18 Ultra-som “On Line”

50. 19 Forno de Tratamento
20 Chapas Grossas / Laminação de Tiras a Quente

51. Laminação a Quente
Laminador de tiras a quente
CARACTERÍSTICAS CAPACIDADE (Kt/ANO)
Laminador Quádruo-Contínuo – 6 cadeiras 2.100
Na laminação a quente, as placas são reaquecidas e depois pré processadas nos dois
laminadores esboçadores antes de entrar no Laminador de Tiras a Quente, onde o esboço
é laminado seqüencialmente por um conjunto de seis cadeiras laminadoras, formando
uma longa tira, que é depois enrolada numa bobina. Ainda na linha de laminação a
quente, as bobinas a quente podem ser decapadas, para remoção do óxido superficial, ou
passar no laminador de acabamento, onde recebem um passe de laminação para obter
uma superfície mais uniforme. As bobinas podem ser cortadas na linha de tesouras,
transformando-se em chapas, de acordo com a necessidade do cliente.

52. 21 Forno de Placas
22 Laminadores Esboçadores
23 Laminador de Tiras a Quente
24 Bobinadeiras

53. 25 Laminador de Acabamento
26 Bobinas a Quente
27 Tesoura a Quente
28 Chapas a Quente / Laminação de Tiras a Frio

54. Laminação a Frio
Laminador de tiras a frio
CARACTERÍSTICAS CAPACIDADE (Kt/ANO)
Laminador Quádruo-Contínuo – 4 cadeiras 1.200
As bobinas a quente vindas do processo de decapagem, são aqui laminadas a frio (à
temperatura ambiente) num laminador de quatro cadeiras que serão depois recozidas
e passarão pelo laminador de encruamento para obter propriedades mecânicas
adequadas à aplicação final desejada.
As bobinas podem também ser cortadas em chapas na linha de tesouras, conforme
especificação do cliente.

55. 29 Decapagem
Na Decapagem as bobinas a quente passam por um tratamento superficial de limpeza
dos óxidos de laminação, que são retirados por um processo químico à base de ácido
nítrico. O material resultante é a matéria prima para a laminação de tiras a frio, ou
pode ser vendido para aplicações específicas, como a relaminação.

56. 30 Laminador de Tiras a Frio
31 Fornos de Recozimento
32 Laminador de Encruamento

57. 33 Linhas de Inspeção
34 Bobinas a Frio
35 Linha de Tesouras a Frio
36 Chapas Finas a Frio

58. Propriedades Mecânicas - Lei de Hooke
Antes de abordar questões ligadas às deformações dos corpos, torna-se necessário
estudar alguns conceitos relativos às propriedades mecânicas dos sólidos:
Uma característica básica do material que interessa a arquitetos e engenheiros é a
quantidade de alteração ou de deformação que um material sofre quando submetido
a carga. Todos os materiais são mais ou menos resistentes às deformações, na
proporção da quantidade de esforço induzido dentro de certos limites. Isso significa
que, dobrando o esforço induzido sobre um elemento, produzir-se-á o dobro da
deformação.
Inversamente, reduzindo à metade o esforço sobre um elemento produzir-se-á a
metade da deformação. Poderíamos então dizer que os esforços e as deformações
são diretamente proporcionais um ao outro, ou que, a deformação é proporcional
ao esforço aplicado.
Essa é a outra maneira de dizer que dentro dos limites proporcionais, os elementos
retornarão a seus estados originais depois que as cargas tiverem sido removidas.
Se os materiais não tivessem essa propriedade elástica, períodos sucessivos de
carga induziriam deformações adicionais que ao longo do tempo causariam
inevitavelmente uma falha estrutural.

59. Experiência com materiais que possibilitam a visualização de resultados.
Pegue um elástico de borracha desses comprados em papelaria, corte-o com um
comprimento de 10 cm e faça várias experiências de tração, mas sem forçá-lo muito.
Depois disso meça-o outra vez. A nova medida deverá ser muito próxima dos 10 cm
iniciais. Isso indica que estivemos fazendo experiências dentro do campo elástico;
enquanto o esforço é baixo, cessada a força cessa a deformação e a peça volta a ter
o comprimento original de 10 cm. Tal situação é denominada situação elástica.
Com cuidado para não rompê-lo, procure forçá-lo mais, até sentir que está quase
rompendo. Meça o novo comprimento. Você notará que, mesmo não estando
distendido, o elástico tem agora quase 11 cm.
Aumente agora significativamente a força de tração, e você notará que algo começa
a acontecer com a peça. Ela “esgarçou”, ou seja, cessada a força, o comprimento da
peça tem algo como 12 cm. Essa diferença de 2 cm é uma deformação permanente.
Chamaremos a essa deformação de deformação plástica (situação plástica).
Podemos concluir que, atingindo-se o limite de elasticidade do material, inicia-se o
regime plástico, quando ocorre deformação permanente causada por tensões
contínuas superiores ao limite de escoamento.

60. Escoamento é quando ocorrem deformações permanentes sem variação de
tensão. O fenômeno oposto denomina-se elasticidade : deformação que
desaparece quando a tensão é suprimida ( regime elástico ). A fase plástica
altera a estrutura interna do material.
Por que estudar as deformações nas estruturas?
Eis as razões:
• Ter critérios para limitar as deformações nas estruturas em trabalho. (Daria para
aceitar uma trave no gol que tivesse flecha (barriga), no seu ponto médio, de 20
cm?)
• Desenvolver teorias que permitam resolver estruturas; sem esse recurso, seus
esforços ficariam desconhecidos.
Fonte: BOTELHO, Manoel H. C. Resistência dos Materiais para entender e gostar. São Paulo: Studio Nobel, 1998. p.42 a 46.

61. Materiais dúcteis e frágeis:
Sobre os materiais, diz-se que aqueles capazes de sofrer grandes deformações
antes de chegar ao ponto de ruptura, são considerados materiais dúcteis.
O aço apresenta deformações permanentes antes de romper-se.
Concreto vidro e madeira rompem-se sem apresentar o patamar de
escoamento. São chamados de materiais frágeis, pois entram em colapso sem
prévio aviso.
Algumas vezes temos interesse só nas deformações elásticas como no caso do
uso das balanças de molas. Cessado o esforço cessa a deformação.
Se restassem deformações residuais (plásticas), a balança ficaria descalibrada.
Em outros casos desejamos deformações plásticas (permanentes), pois
são elas que permitem a execução de utensílios do nosso dia a dia.
Por exemplo, o grampo do grampeador.

62. Sinta a ductilidade do aço.
Lembre: ductilidade é a capacidade de produzir deformações permanentes
sem se romper; para provar isso usemos um grampeador de escritório.
Grampeie várias folhas de papel. Note que o grampo cuja forma anterior era
de U se deforma. Veja:
O grampo, uma estrutura de aço, deformou-se permanentemente
transformando-se em outra prática estrutura utilizada para prender os
papéis.
Fonte: BOTELHO, Manoel H. C. Resistência dos Materiais para entender e gostar. São Paulo: Studio Nobel, 1998. p.52.

63. Deformação linear:
Admitindo-se que ocorrendo deformações por exemplo em uma barra retilínea,
seu comprimento será alterado. A relação entre o alongamento e o comprimento
original, constitui uma grandeza chamada deformação linear representada pela
letra ε.
Exercício:

64. Diagrama tensão deformação:
Medindo-se os percentuais de aumento do comprimento da barra em função do
aumento progressivo da carga inicial até a ruptura, e sabendo que o quociente entre
a carga aplicada e a secção inicial da barra é chamado de σ, é possível determinar
a função que os relaciona, e representá-la graficamente da forma seguinte:
O diagrama dos materiais onde a função que representa a relação entre tensão e
deformação é linear, foi apresentado por Robert Hooke em 1678 e é conhecida por
Lei de Hooke.

65. A mesma poderá ser traduzida em linguagem mais corriqueira, da forma seguinte:
“Um mesmo corpo sofrendo tração, terá uma deformação ΔL/L, e se a força
dobrar a deformação dobrará.”
A relação entre σ e ε denomina-se Módulo de Elasticidade ou de deformação
longitudinal do material sob tração, e é conhecida também como Módulo de Young.
Importante lembrar que quanto menor a deformação, maior o módulo de
elasticidade.
O módulo de elasticidade representa-se pela letra E e sua unidade é kgf/cm²
( kN/ m2 = kPa ).
Exemplificando: E = σ/ε

66. Propriedades Mecânicas
Limite de proporcionalidade:
A tensão correspondente ao ponto P recebe o nome de limite de proporcionalidade
e representa o valor máximo da tensão abaixo do qual o material obedece a Lei de
Hooke.
Limite de elasticidade:
Muito próximo a P existe um ponto na curva que corresponde ao limite de
elasticidade.
Ele representa a tensão máxima que pode ser aplicada à barra sem que apareçam
deformações, após a retirada da carga externa.
Limite de escoamento:
A tensão correspondente ao ponto Y tem o nome de limite de escoamento.
Quando se atinge o limite diz-se que o material passa a escoar-se.
Limite de resistência:
A tensão correspondente à maior tensão atingida no ensaio recebe o nome de limite
de resistência à tração. Ponto u no gráfico.

67. Limite de ruptura:
A tensão correspondente ao ponto B recebe o nome de limite de ruptura. É a que
corresponde à ruptura do corpo de prova.
Quando se adota no cálculo de σ a seção real da barra, e não a inicial, obtem-se
o ponto B´ no final do trecho tracejado.
Região elástica:
O trecho da curva tensão deformação compreendido entre a origem e o limite de
proporcionalidade recebe o nome de região elástica.
Região plástica:
Chama-se região plástica o trecho do diagrama compreendido entre o limite de
proporcionalidade e o ponto correspondente à ruptura do material

68. É importante para o Arquiteto conhecer a natureza dos materiais e suas
propriedades de deformação para definir a estrutura, visto que aqueles que
possuem 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
Madeira de 80.000 a 140.000
Madeira compensada 40.000
Couro 2.000
Borracha 10
Por razões didáticas, o módulo de deformabilidade deveria chamar-se módulo de
não-deformabilidade, pois o material de maior módulo tem menor
deformabilidade.
Fonte: BOTELHO, Manoel H. C. Resistência dos Materiais para entender e gostar. São Paulo: Studio Nobel, 1998. p.48.

69. Vigas biapoiadas com carga concentrada no meio do vão
Carga Concentrada P = 360kgf
1,5 1,5
RA = P : 2 RB = P : 2
M=Pxl:4
Cálculo da flecha
f = 1 . P. L³
48 E.I P = carga total
L = vão
E = módulo de elasticidade
I = momento de inércia

70. Componentes e tipologias de perfis / utilizações mais freqüentes:
Os componentes em geral podem ser classificados quanto à sua forma, do modo
seguinte:
Perfis, tubos, barras, chapas, ou mais especificamente:
• Perfis ( pilares e vigas )
• Lajes
• Vedações
• Conexões
• Barras submetidas à torção (tubulares)
• Barras de treliças planas e espaciais
• Composição de pilares
• Terças para sustentação de telhas de cobertura
• Vigas
• Pilares
• Estacas de fundação

71. Perfis fabricados a frio.
São resultantes do dobramento das chapas a frio
PERFIL "U" PERFIL "U" CANTONEIRAS
SIMPLES ENRIJECIDO DE ABAS IGUAIS
Composição de perfis dobrados SOLDA
Perfis Tubulares
São aqueles extrudados ou obtidos pelo processo de corte e costura por soldagem.

72. Perfis Soldados
Obtidos pelo corte e soldagem de chapas de
aço, proporcionando uma diversidade muito
grande de desenhos das secções.
PERFIL "H" SOLDADO
Perfis Laminados
Existem vários tipos de perfis laminados no
mercado. O processo de produção é o da
laminação, em cilindros capazes de dar forma
definitiva à peça, após uma sucessão de
operações tal e qual em uma linha de
CANTONEIRA DE
montagem. ABAS IGUAIS PERFIL "I"
A forma dos perfis “I” é ideal para absorver
esforços de flexão, dada a distância das mesas ao
seu centro de gravidade.
O perfil “H” diferencia-se do perfil “I” por
apresentar abas de largura igual à sua altura. Por
PERFIL "U"
apresentar boa rigidez em 2 direções, são ideais PERFIL "H"
para pilares submetidos à flexo compressão.

73. Composição de perfis
Podemos compor a seção transversal do pilares e até das vigas, assim como associar
perfis com chapas de aço
PERFIS LAMINADOS REFORÇADOS
PERFIS LAMINADOS SIMPLES

75. Perfis CS coluna soldada B=H Pilares
Perfis VS viga soldada B=½H Vigas
Perfis CVS colunas e vigas soldadas B= 2/3 H Vigas e pilaresT

76. Recomendações:
Não utilizar perfil U na horizontal com abas para cima, pois pode sofrer flexão por
compressão da mesa. Melhor utilizá-lo nas barras superiores e inferiores das treliças.
Os perfis VS trabalham bem quando associados a lajes de concreto.
Os perfis tubulares com ou sem costura são ideais para pilares, e quando de seção
pequena, para barras de treliças espaciais.

77. Estruturas Metálicas
Arqº Renato Carrieri
Eng° Bruno Ribeiro