Pdem aula 1-rv07

MBA Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações
Princípios de Dimensionamento
em Estruturas Metálicas
(PDEM-Aula 1-RV07)
Aula 1-3
Eduardo Bicudo de Castro Azambuja
(edazambuja@globo.com | 41 9106-0661)
Estruturas
Metálicas de
Brasília

• Capacitar o pós-graduando para execução, projeto e análise de estruturas
metálicas.
• Apresentar principais fundamentos e aspectos relacionados a execução,
projeto e avaliação das estruturas metálicas, discutindo os aspectos
particulares relativos a cada tipo de edifício e a cada arranjo estrutural
adotado.
• Discutir os métodos utilizados para a avaliação da segurança e
determinação dos esforços internos dos projetos em estruturas metálicas.
• Discutir as recomendações da ABNT NBR 8800:2008 e as simplificações
propostas para a análise estrutural.
Princípios de Dimensionamento em Estruturas Metálicas
Apresentação
Estruturas
interessantes:
edifício na China

Sistema Internacional de Unidades - SI

Por questões de conveniência, certas unidades derivadas
coerentes receberam nomes e símbolos especiais, que podem
ser usados em combinação com unidades base do SI para
expressar outras grandezas derivadas.
Sistema Internacional de Unidades - SI

Programação do curso
O aço e o processo
siderúrgico;
O uso do aço em
edificações;
Sistemas estruturais em
aço;
Sistema TRAME 4.1
Dimensionamento de
elementos comprimidos;
Softwares para estrutura
metálica;
Produtos siderúrgicos de
aço;
Ações em edifícios de aço;
Bases para projeto:
critérios de segurança e
estados limites;
Dimensionamento de
elementos tracionados;
Sexta-feira Sábado Domingo

Referências
1) BAIÃO FILHO, Oswaldo Teixeira; SILVA, Antonio Carlos Viana. Ligações para
estruturas de aço. 2ed. Gerdau/Açominas, 2005.
2) BELLEI, Ildony Hélio; PINHO, Fernando O.; PINHO, Mauro O. Edifícios de
múltiplos andares em aço. 2ed. São Paulo: Pini, 2008.
3) BELLEI, Ildony Hélio; BELLEI, Humberto N. Edifícios de pequeno porte
estruturados em aço. 4ed. Rio de Janeiro: IABr/CBCA, 2011.
4) CHAMBERLAIN, Zacarias; FABEANE, Ricardo; FICANHA, Ricardo. Projeto e
cálculo de estruturas de aço. Rio de Janeiro: Elsevier, 2013.
5) DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estruturas de aço: conceitos, técnicas e
linguagem. 5ed. São Paulo: Zigurate Editora, 2006.
6) Manual brasileiro para cálculo de estruturas metálicas. v1. Brasília: MD/SDI,
1989.
7) MEDEIROS, Jonas Silvestre. Tecnologias de vedação e revestimento para
fachadas. Rio de Janeiro: Instituto Aço Brasil / CBCA, 2014.
8) PFEIL, Walter; PFEIL, Michèle. Estruturas de aço: dimensionamento prático.
8ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

Referências
9) PINHO, Mauro. Transporte e Montagem. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2005.
10) QUEIROZ, Gilson; PIMENTA, Roberval J.; MARTINS, Alexander Galvão. Estruturas
Mistas. 2ed. Rio de Janeiro: IABr/CBCA, 2012.
11) REVISTA CONSTRUÇÃO METÁLICA. São Paulo: ABCEM.
12) REVISTA ARQUITETURA & AÇO. Rio de Janeiro: CBCA.
13) SANTOS, Arthur Ferreira dos. Estruturas Metálicas: projeto e detalhes para
fabricação. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1977.
14) SILVA, Valdir Pignatta. Estrutura de aço para edifícios: aspectos tecnológicos e
de concepção. São Paulo: Blucher, 2010a.
15) SILVA, Valdir Pignatta. Prevenção contra incêndio no projeto de arquitetura. Rio
de Janeiro: IABr/CBCA, 2010b.
16) VASCONCELLOS, Alexandre Luiz. Ligações em estruturas metálicas. 4ed. Rio de
Janeiro: IABr/CBCA, 2011.

Referências
Referências bibliográficas indicadas.
(8) (14)(4)

Referências
Referências bibliográficas indicadas.
(11)(10)

Normas técnicas
1) ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800 - Projeto
de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios.
2008.
2) ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120 - Cargas
para o cálculo de estruturas de edificações. 1980.
3) ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123 - Forças
Devidas ao Vento em Edificações – Procedimento. 1988.

O Aço e o Processo Siderúrgico
“(...) o aço pode ser reciclado infinitamente, sem
perda de qualidade, o que significa que ele é usado,
mas nunca consumido, porque é processado em um
circuito fechado que pode continuar para sempre. E o
material antigo pode ser transformado em um aço de
maior qualidade do que o original.”
(Consultoria Ambiental Beco, boletim CBCA 31/7/2014)

O aço e o processo siderúrgico
O FERRO GUSA é o produto da primeira fusão do minério de ferro e contém cerca
de 3,5 a 4,0% de carbono.
O AÇO é uma liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono, obtida do
refino do ferro gusa, ou seja, da diminuição dos teores de carbono, silício,
manganês, enxofre e fósforo do gusa. Nos aços utilizados na construção civil, o
teor de carbono é da ordem de 0,10 a 0,30%

A transformação do minério de
ferro em AÇO é feita através da
execução de 4 ETAPAS:
o PREPARAÇÃO: tratamento das
matérias primas;
o REDUÇÃO: obtenção do ferro
gusa;
o REFINO: obtenção e
melhoramento do aço;
o LINGOTAMENTO e
LAMINAÇÃO do aço.
(Fonte: DIAS, 2006).

Planta sintética de um usina siderúrgica integrada (SILVA, 2010).

Na REDUÇÃO, o alto-forno funciona como um reator vertical e um trocador
de calor que trabalha em contracorrente, a carga sólida é posicionada no
topo e o ar aquecido é insuflado próximo à sua base (SILVA, 2010).

O REFINO acontece na aciaria, onde o ferro-gusa e a sucata ferrosa são
transformados em aço, com o ajuste do teor de carbono, fósforo, manganês
e silício feito através de uma injeção de oxigênio.
O produto ainda sofre um ajuste fino na composição química no
equipamento denominado forno-panela (SILVA, 2010).

Influência da composição química em algumas propriedades do aço
(SILVA, 2010).

No LINGOTAMENTO CONTÍNUO o aço líquido passa da panela para um recipiente
de distribuição que o libera para moldes na forma de placas, blocos e tarugos,
transportados em uma esteira até a sua completa solidificação (SILVA, 2010).

Representação
de uma linha
de laminação
para produção
de perfis
estruturais
(SILVA, 2010).

Representação de uma linha de laminação de chapas grossas
(Fonte: www.usiminas.com acesso em 31/7/2014).

Caminhos para
produção do
aço: a
siderurgia
integrada e
semi-integrada
com forno
elétrico
(SILVA, 2010).
Aço
Estrutural

O Uso do Aço em Edificações
“Um edifício transparente de linhas
horizontais que se ergue sobre um vão
de 20 metros, criando uma grande praça
pública, integrando os espaços de
pedestres e preservando o patrimônio
arquitetônico da cidade. Foi com essa
proposta que a GPA&A venceu o
concurso nacional para o novo Centro
Administrativo de Belo Horizonte.”
(boletim CBCA 31/7/2014)

Histórico da construção em aço
A primeira obra importante
construída em ferro fundido
foi a ponte Coalbrookdale,
em 1779, com vão de 31m,
sobre o rio Severn em
Shropshire, uma região rica
em carvão na Inglaterra.
(Fonte: http://structurae.net/ acesso em 31/7/2014)
1779

A ponte suspensa Menai, construída
no país de Gales no período de
1819 a 1826, com 177 m, foi à
época o maior vão do mundo,
sendo o trabalho mais
importante da longa carreira do
construtor escocês Thomas
Telford. Ainda em uso.
(Fonte: http://www.anglesey.info/ acesso em 31/7/2014)
1826

(Fonte: http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/wonder/structure/ acesso em 31/7/2014)
Viaduto Garabit,
sobre o rio
Truyere, França,
por Gustave Eiffel.
1884

Edifício sede da Alcoa em São Francisco, EUA, 1968.
(Fonte: manual brasileiro, 1989)
Essa obra antecipou alguns
dos modernos conceitos da
moderna engenharia com
utilização de estrutura de
aço, as laterais do prédio
apoiadas em vigas em
balanço e a estabilidade
global garantida por um
sistema de diagonais de
contraventamento.

(Fonte: http://www.archdaily.com.br/ acesso em 31/7/2014)
Para suprir tão grande e rápido
crescimento da cidade, a única
maneira de satisfazer as exigências
do mercado era a verticalização dos
prédios com estrutura metálica,
tanto pela resistência ao fogo,
como pela maior capacidade
estrutural, resultando em um
melhor aproveitamento dos
espaços, como por exemplo, o
edifício Wainwright, em St. Louis,
Missouri, EUA, por Adler e Sullivan.
1891

Uso do aço em edificações: Coberturas
Buchholtz Sports Centre, Uster, Suiça
(Fonte: http://camenzindevolution.com/ acesso em 9/8/2014)

Buchholtz Sports
Centre, Uster,
Suiça
(Fonte:
http://camenzindevolutio
n.com/ acesso em
9/8/2014)

Arena da Baixada, Curitiba
(Fonte: Arquitetura & Aço, nº37)

Estádio Beira Rio, Porto Alegre

Arena Amazônia, Manaus

Uso do aço em edificações: Edifícios
Congresso Nacional, Brasília
(Fonte: Marcel Gautherot, 2010)

Edifício Sede do SEBRAE, Brasília

Edifício da Federação do Comércio do Estado da Bahia, Salvador/BA.
(Fonte: Autor, 27/9/2014)

Centro Empresarial Aeroporto, Porto Alegre

Edifícios de andares múltiplos, São Paulo/SP
(Fonte: Revista Construção Metálica, Edição nº 114)

Edifícios de andares múltiplos para
habitações populares

Edifício destinado a habitação social – 1º lugar do 7º concurso CBCA para estudantes
de arquitetura 2014, grupo da UFPR.
(Fonte: www.cbca.com.br. Acesso em 10/10/2014)

Uso do aço em edificações: Torres de transmissão
Torres de distribuição de energia.

Uso do aço em edificações: Reservatórios
Reservatório de água, Rio Branco/AC.
(Fonte: Arqt Miriam Runge, dez/2014)

Uso do aço em edificações: Residências
The Farnsworth House, Illinois, USA
(Fonte:http://arte-case.com/, acesso em 6/9/2014)

Eduardo Almeida Arquiteto, São Paulo, SP

Casa Serrana, João Diniz Arquiteto, Belo Horizonte, MG
(Fonte: www.metálica.com acesso em 2/8/2014)

Nietsche Arquitetos Associados, Guarujá, SP

Residência Cristiane Botelho, Brasília/DF
(Fonte: Autor)

Casa LLM, São Paulo/SP
(Fonte: Revista Construção Metálica, Nº 117, 2015)

Uso do aço em edificações: Mezaninos Comerciais
Mercado Municipal, São Paulo/SP
(Fonte: Revista Arquitetura e Aço, nº 39 )
Loja Galeria Nacional, São Paulo/SP
(Fonte: Revista Arquitetura e Aço, nº 39 )

Uso do aço em edificações: Mobilidade Urbana
VLT de Fortaleza, Estação Borges de Melo

VLT de Fortaleza, Estação Papicu

Pontos de ônibus
da cidade de São Paulo

Ponto de ônibus e estação tubo da cidade de Curitiba
(Fonte: Autor)

Uso do aço em edificações: Retrofit
Trata-se de uma alternativa para reformar e revitalizar um
edifício construído, atendendo as novas demandas, porém,
respeitando as características originais do espaço
arquitetônico.
Busca-se trabalhar com elementos diferentes daqueles
utilizados na construção original, nesse sentido, o aço é
importante pela capacidade resistente, leveza e facilidade de
montagem, o contraste é desejável, desde que, sem conflito.

Pinacoteca
da cidade de São
Paulo
(Fonte: Construção Metálica,
nº113)

Parque das Ruínas,
Rio de Janeiro, RJ
(Fonte: Construção
Metálica, nº113)

“A plataforma elevada construída ao longo de uma antiga ferrovia no Chelsea, em Manhattan,
entre a 10ª e a 11ª avenidas, virou uma área cercada por prédios de vanguarda assinados
pelos criadores mais celebrados do planeta. E a recente inauguração da terceira fase da
passarela, que agora se estende até a Rua 34, só criou mais espaço para a tendência.”
(Fonte: http://gazetadopovo.com.br/, acesso em 15/10/2014)

“Varandas de aço
contribuindo para
engenhosas
reformas de
fachadas em
edifícios de São
Paulo, Rio de
Janeiro e até Paris
(...).”
(Fonte: Revista Arquitetura e
Aço, nº 39)

Construída em 1920, a
MICHIGAN AVENUE
BRIDGE possui dois
níveis, um para carros e
pedestres acima e
outro, inferior, para
tráfego mais pesado. A
ponte é dividida duas
partes, cada uma
pesando em torno de
3.340 toneladas, que se
abrem e fecham em
menos de 1 minuto.
(Fonte: Revista Construção Metálica, Ano 9, nº 36)

Uso do aço em edificações: Pontes e Passarelas
Recentemente, foi anunciada a construção da Passarela de Vidro Mais Longa do Mundo
sobre um desfiladeiro do Parque Natural de Zhangjiajie, na província de Hunan. Projetada
pelo escritório israelita de Haim Dotan, o tabuleiro, com uma largura de 6 metros e
totalmente transparente, ficará localizado a 300 metros acima do nível do solo.
(Fonte: http://www.engenhariacivil.com/, acesso em 4/6/2015)

Viaduto Estaiado, Curitiba
(Fonte: www.gazetadopovo.com.br, acesso em 1/7/2014)

Viaduto Estaiado, Curitiba
(Fonte: Autor)

Espaço Natura, São Paulo

Passarela SESC Sorocaba, São Paulo

Passarela Joaquim Macedo sobre o rio Acre, Rio Branco/AC
(Fonte: Arq Miriam Runge, dez/2014)

Ponte Benjamim Constant (1895), Manaus/AM
(Fonte: http://www.portalamazonia.com.br/, acesso em 6/9/2014)

Passarelas Canal da Maternidade, Rio Branco/AC
(Fonte: Autor)

Sistemas Estruturais em Aço
“A Estrutura é o caminho pelo qual as forças da
gravidade ou incidentes sobre a edificação
devem transitar até chegar ao seu destino final,
o solo.”
(Professor Yopanan Rebello)
(Fonte: ENGEL, Heinrich. Sistemas de estructuras. Madrid: H.Blume, 1978)

No dimensionamento de estruturas utilizam-se modelos teóricos que substituem
barras por linhas ligadas por vínculos, procurando simular o comportamento real.
Quanto mais próximo da realidade, melhor o desempenho desse modelo.
Sistemas estruturais em aço

“Chamo a atenção dos técnicos para as condições em que atuam as vigas dos pisos da
casa de pedra e as da casa de concreto. O cálculo dos esforços mostra que a primeira viga
opera em condições duas vezes mais desfavorável do que a viga em balanço da
construção em concreto armado. Isso precisa ser levado em consideração!”
(Le Corbusier, Precisões, pg.50)

Diagrama de momento fletor
para modelos estruturais
distintos com o mesmo vão
(Fonte: Autor).

PÓRTICOS INDESLOCÁVEIS (a)
São pórticos em que o deslocamento de todos os nós depende
apenas da deformação axial de barras.
PÓRTICOS DESLOCÁVEIS (b)
São pórticos em que o deslocamento de pelo menos um dos
seus nós depende da deformação por flexão de pilares.
(Fonte: SILVA, 2010).
Projeto Mola
Catarse

Os pórticos deslocáveis tendem a ser menos econômicos, devido às ligações rígidas
necessárias e a necessidade de uma inércia maior dos pilares para limitar os
deslocamentos.
Porém, pórticos indeslocáveis exigem maiores adequações da solução arquitetônica,
por causa da necessidade das barras de travamento.
(Fonte: http://www.archdaily.com/ acesso em 4/8/2014).

Edifício com paredes e aberturas nas fachadas com estabilidade vertical obtida
através de pórticos deslocáveis com ligações rígidas. (Fonte: DIAS, 2006).

Edifício com pórticos indeslocáveis com estabilidade vertical obtida
através de travamentos em X (Fonte: DIAS, 2006).

No caso de edifícios altos, mesmo com o uso de pórticos indeslocáveis, a
soma dos pequenos pode ser considerável. (Fonte: DIAS, 2006).

Há várias formas de se conceber soluções para um problema estrutural, sendo
possível combinar elementos capazes de resistir simultaneamente solicitações
axiais, de flexão e de força cortante, ligando rigidamente pilares e vigas, criando
uma estrutura hiperestática em PÓRTICOS:
• As ligações deverão ter alto grau de vinculação;
• Interação entre força normal e momento fletor;
• Deformabilidade global da estrutura depende da rigidez dos pilares.
(Fonte: SILVA, 2010)

6mm
MODELO 1: pórtico com ligações rígidas e elementos capazes de resistir
simultaneamente solicitações axiais, de flexão e de força cortante.
(Fonte: FTOOL Versão Educacional 3.0, 2012)

(Fonte: Manual brasileiro, 1989)
É possível também conceber uma estrutura capaz de resistir aos efeitos das cargas verticais e
horizontais, estudando uma distribuição de rótulas entre os vários elementos.
As vigas horizontais serão fletidas, os pilares simplesmente comprimidos e as ligações rotuladas
deverão resistir a esforços cortantes.
Para resistir às ações horizontais, será associada uma estrutura vertical rígida e engastada que
transfira os seus efeitos às fundações.

3mm
MODELO 2: elementos isostáticos obtidos com distribuição de rótulas e ligações flexíveis
simples associado a uma peça rígida de concreto armado engastada nas fundações.

1mm
MODELO 3: elementos isostáticos obtidos com distribuição de rótulas e ligações
flexíveis simples associado a um sistema de contraventamento metálico.

Edifício Shopping Volta Redonda, Volta Redonda/RJ
(Fonte: Dias, 1993)

Essa associação produz um conjunto de elementos isostáticos e em condições de absorver os
esforços oriundos dos carregamentos com as seguintes características:
• Ligações rotuladas simples;
• Deformações dependentes da estrutura rígida em balanço;
• Interação reduzida entre as solicitações axiais e os momentos fletores nos pilares da
estrutura;

Estrutura com pórticos articulados contraventados por barras diagonais posicionadas no
núcleo central e com lajes de concreto armado colaborantes. (Fonte: DIAS, 2006).

Estrutura com pórticos articulados contraventados por barras diagonais posicionadas
nas fachadas e com lajes de concreto armado colaborantes. (Fonte: DIAS, 2006).

Edifício Saraiva Marinho, Belo Horizonte/MG
(Fonte: Dias, 1993)

Estrutura com pórticos articulados contraventados por pórticos rígidos no núcleo central e
com lajes de concreto armado colaborantes. (Fonte: DIAS, 2006).

Estrutura com pórticos articulados contraventados na horizontal e com a estabilidade garantida
por um núcleo rígido central de concreto armado. (Fonte: DIAS, 2006).

Edifício Casa do Comércio, Salvador/BA
(Fonte: Dias, 1993)

As estruturas de piso são, em geral, compostas por vigas principais e secundárias,
associadas a painéis de lajes.
Utilizam-se vigas secundárias pouco espaçadas, fazendo com que as lajes trabalhem
apenas na direção do menor vão.
Além de transferir as cargas verticais para os pilares, os sistemas de piso são
responsáveis por distribuir as ações do vento para as estruturas de contraventamento.
(Fonte: PFEIL, 2009).

As lajes mistas são formadas por chapas nervuradas de aço sobre as quais é depositado o
concreto. Estes dois materiais são travados entre si por meio de reentrâncias na forma de aço,
garantindo assim um comportamento solidário.
(Fonte: Polydeck 59S, Manual Geral para Dimensionamento)

Flambagem é o nome dado ao fenômeno de perda de estabilidade
lateral que ocorre em elementos esbeltos submetidos a esforços de
compressão, diminuindo a resistência final das peças e gerando
deslocamentos não aceitáveis.

Vigas são elementos estruturais horizontais que transportam cargas verticais,
sendo submetidas, basicamente, por esforços de flexão.

Vigas de alma cheia são caracterizadas pelo afastamento das mesas com o objetivo de
aumentar a inércia no plano de flexão, podendo ser formadas por perfis soldados,
laminados ou dobrados à frio.

As vigas alveolares se originam do recorte longitudinal das almas de perfis I, com posterior
deslocamento e soldagem, obtendo-se, com o peso original, uma nova geometria com
melhores características aos esforços de flexão.

A treliça é um sistema estrutural formado por barras que se unem em nós, formando
triângulos. Isso garante que, quando as cargas atuarem no nós, serão desenvolvidos apenas
esforços de tração e compressão simples, apresentando barras mais esbeltas e um conjunto
mais leve para vencer grandes vãos.

A viga tipo Vierendel é composta por barras unidas por ligações rígidas, formando
quadros que devem resistir a esforços normais, cortantes e momentos fletores. São mais
deformáveis que as treliças.

(Fonte: ABNT NBR 8800:2008 Anexo P).
Com o objetivo de se aproveitar melhor a resistência do aço e a rigidez do concreto armado,
além de melhorar o comportamento resistente ao fogo, a ABNT NBR 8800/2008 no seu
Anexo P, trata do dimensionamento de pilares mistos AÇO/CONCRETO:

Esquema estrutural de um galpão em estrutura de aço sem ponte rolante,
formado pela associação de elementos lineares. (Fonte: PFEIL, 2009).

Esquema estrutural de um galpão em estrutura de aço com ponte rolante,
formado pela associação de elementos lineares.
(Fonte: Manual brasileiro, 1989).

Trame 4.1

Montar o modelo da passarela do Canal da Maternidade, em Rio Branco/AC, utilizando
o sistema TRAME 4.1, utilizando perfis laminados da Gerdau.
Sistemas estruturais em aço: ATIVIDADE 1

Referências Bibliográficas
1) PANNONI, F.D.; MARCONDES, L.. COS-AR-COR: Aços de Alta
Resistência Mecânica Resistentes à Corrosão Atmosférica. Relatório
interno de número RT/17 da Coordenadoria de Pesquisa Tecnológica da
COSIPA (1987).
2) TIMOSHENKO, Stephen P; GERE, James E (Coautor). Mecânica dos
sólidos. Rio de Janeiro: LTC, 1994. 2v

Pdem aula 1-rv07

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