TRÊSIntrodução ao Uso do Aço

na ConstruçãoMÓDULO

Complementar o tópico explo-rado no módulo 2, detalhando os seus componentes.

O objetivo deste módulo é apre-sentar os diversos tipos de perfis utilizados na confecção de vigas e pilares de aço. Os tipos de co-nexões utilizadas para unir estes el-ementos também serão descritos.

Objetivo

Relevância

MÓDULO TRÊS03

Parte 1. Tipos de Perfis1.1 Perfis Soldados 1.2 Perfis Eletrosoldados 1.3 Perfis Laminados 1.4 Perfis Dobrados a Frio1.5 Perfis Tubulares 1.5.1Com Costura 1.5.2 Sem Costura1.6 Geometria e Formato dos Perfis

04

Parte 2. Pilares2.1 Seções do Pilar

06

Parte 3. Vigas3.1 Vigas de Alma Cheia3.2 Vigas Alveolares 3.3.Vigas Treliçadas3.4 Vigas Armadas3.5 Viga em Quadro 3.6 Vigas Mistas

07

Parte 4. Conexões e Ligações4.1 Definição e tipos4.2 Ligações Soldadas4.3 Ligações Parafusadas 4.4 Características das Ligações: Rígidas

e Flexíveis

10

Para Finalizar 13

Bibliografia 14

4 Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Para a produção de perfis são utilizados diversos tipos de aço, conforme a necessidade, tais como: aço carbono, aços de alta-resistência mecânica e aços de maior resistência à corrosão.

PerfisSoldados

1.1Os perfis soldados são obtidos através do corte de chapas de aço planas e da união das partes por meio de cordões de solda. Este processo permite a fabricação de uma grande variedade de formas e dimensões de perfis, adaptando-se melhor às especificidades do cálculo. Eles podem também ser assimétricos, com mesa superior de espessura e tamanho diferentes da inferior, se o cálculo assimo recomendar.

Para saber mais:www.usiminasmecanica.com.br

PerfisEletrosoldados

1.2

Os perfis soldados apresentam tensões residuais devidas ao processo de solda. Os mais típicos são em forma de I, H e U.

Os perfis eletrosoldados também são obtidos através do corte de chapas de aço planas e pela união das partes por meiode eletrofusão.

Diferentemente dos perfis soldados, não há adição de material para a solda. A união é feita com o uso de corrente elétrica, sendo visível no encontro das chapas uma espécie de rebarba chamada “splash” de solda. Este processo é muito produtivo, pois a união é rápida. Podem ser soldados até 30m/minuto.

São fabricados perfis I e H de 100 a 500mm de altura de almae mesas de 80 a 300mm de largura.

Para saber mais:www.usiminasmecanica.com.br

5Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

PerfisLaminados

1.3Os perfis laminados são obtidos a partir de tarugos de aço reaque-cidos ao rubro e laminados a quente pelo sistema universal de lami-nação. Diferentemente dos perfis soldados, os perfis laminados não apresentam tensões residuais.

A Gerdau Açominas é a maior fábrica brasileira de perfis laminados. Atualmente, ela apresenta mais de 60 tipos de perfis laminados em seu catálogo e os fabrica de abas paralelas, em bitolas de 150 mm a 610 mm para perfis I e de 150 mm a 360 mm para perfis H.

Para conhecer o processo de fabri-cação de perfis laminados apresenta-mos a seguir um vídeo preparado pela Gerdau Açominas.

Clique aqui para ver o videoFabricação de perfis laminados

Caso sua conexão não seja Banda Larga, opte por fazer o download do vídeo em formato ZIP clicando aqui. (disponível via Internet)

Para saber mais:www.gerdau.com.br

Perfisdobrados a frio

1.4Os perfis dobrados a frio são feitos a partir de chapas planas mais finas e utilizados em construções leves, em treliças pouco solicitadas e em peças como terças e travessas.

O processo de dobra pode ser feito tanto em dobradeira manual, como em perfiladeira contínua.

Também podem ter diversas geometrias e é comum que os perfis de chapa fina tenham vincos para enrijecimento, como no caso do U enrijecido.

PerfisTubulares

1.5Os perfis tubulares com costura são obtidos através da prensagem ou calandragem de chapas e posterior soldagem das peças.

Podem ser usadas chapas de diversas espessuras, porém o com-primento destas seções é limitado pelo comprimento dos cilindros de calandragem ou prensagem. Assim sendo o comprimento do tubo será obtido pela união de diversos anéis.

Perfis tubulares também podem ser soldados por resistência elétrica em sistemas contínuos de fabricação, onde a bobina de aço é de-senrolada e pré-conformada por meio de roletes sucessivos que vão dando forma circular ao tubo, e soldada na seqüência.

Para seções quadradas ou retangulares utiliza-se o tubo redondo, que é pressionado nas laterais alterando a sua seção.

Os perfis tubulares de diâmetros maiores são mais usados em pilares, pois suas características geométricas apresentam melhor resistência à flambagem, enquanto os de diâmetro menor são usados em treliças planas e espaciais.

Um aspecto interessante do uso de perfis tubulares é a possibilidade de aumentar a espessura da chapa, aumentando a resistência do ele-mento estrutural sem, contudo, aumentar o seu diâmetro, mantendo a continuidade visual da estrutura.

1.5.1Com costura

Figura 2 - Pilar contínuo por fora

Figura 3 - Centro Empresarial do Aço - Pilar tubular

6 Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Os tubos de aço sem costura são produzidos a partir de barras de aço laminadas a quente e posterior laminação por mandril ou lami-nador redutor e conformação em tubos

A V & M do Brasil é o único fabricante expressivo de tubos de aço sem costura no Brasil. Fabrica tubos de seção circular (de 26,0 mm a 355,6 mm), quadrada e retangular

1.5.2Sem costura

Para saber mais:www.vmtubes.com.br

Figura 4 - Leito de resfriamento de tubos V&M - Fabricação de tubo sem costura

Fig. 4a - Passarela Belvedere - BH (fotos V&M)

Geometria e Formatos dos Perfis

1.6Os perfis mais comuns são fabricados em forma de I, H, U e can-toneiras L, porém podem ser obtidas outras geometrias através da combinação de dois ou mais tipos de perfis, como na composição de uma viga de seção em caixão.

Figura 5 – Perfis

Os pilares são elementos estruturais verticais ou com pouca inclina-ção e que trabalham submetidos a compressão, acompanhados ou não por momentos fletores e torsores. O uso de contraventamentos ajuda a eliminar os esforços de flexão e torção no pilar.

Figura 6 - Pilar com contraventamento

A Seção do Pilar

2.1Geometricamente, o melhor perfil para pilares é o perfil tubular, porém em função das dificuldades de execução de ligações seu uso é mais restrito. Um outro fator que deve ser levado em conta na escolha do perfil do pilar é o fator econômico. Os custos de fabrica-ção, pintura e manutenção, principalmente em pilares internos pela necessidade de proteção contra o fogo, indicam o uso de seções menores com chapas de maior espessura, mesmo não sendoa opção mais leve.

7Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Em relação à seção transversal, os pilares podem ser:

De seção simples, tornando possível o uso direto do perfil laminado ou soldado, sendo necessária apenas a furação e corte. Podem ser usados perfis I,H e caixão.

Figura 7 - pilar de seção simples

Seções compostas—abertas ou fechadas – feitas pela união de perfis abertos ou fechados por meio de solda. Os fechados são melhores em resistência e manutenção, porém têm ligações mais difíceis.

Figura 8 - Pilar de Seçõescompostas—abertas ou fechadas

Seções com reforços de chapas -Também é possível a associação de perfis com chapas de reforço de forma a conseguir as característi-cas estruturais desejadas com a melhor relação econômica.

Figura 9 - Pilar de Seções comreforços de chapas

Pilares de seção múltipla - Uma outra possibilidade é o uso de perfis isolados unidos de trecho em trecho por travamentos em treliça ou por chapas. Desta forma os pilares resultantes tomam a forma de tubos com vazios, mais resistentes a cargas excêntricas.

Vigas de Alma Cheia

3.1As vigas são elementos estruturais sujeitos basicamente à flexão e são responsáveis pela transmissão dos esforços verticais para os apoios.

Formadas por duas mesas, uma superior e outra inferior, e por uma alma, podem ser constituídas por perfis laminados a quente, soldados ou conformados a frio.

Figura 10 - Viga laminada de alma cheia com abas paralelas

Pré-dimensionamento (estimativo):

Viga I de alma cheia simplesmente apoiada

Altura de alma:

• Vigas principais – 1/14 a 1/20 do vão (para vãos de 8,0 a 30,0 m)

• Vigas secundárias – 1/20 a 1/25 do vão (vãos de 4,5 a 18,0 m) Figura 11 - Perfil laminado - I - Vigas de alma cheia inclinada

fig. Perfil laminado de abas paralelas.

8 Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Figura 12 - Viga encastelada hexagonal - Vigas Alveolares

Figura 13 - Viga encastelada redonda - Vigas Alveolares

VigasAlveolares

3.2São obtidas através do recorte de vigas I, com deslocamento e solda-gem defasada, de forma que a altura da alma fique maior e a resistên-cia da peça também aumente, porém sendo reduzido o seu peso. É possível passar instalações como os dutos de ar condicionado e outras através das aberturas criadas.

Alguns autores consideram que estas vigas também são do tipo vierendeel(ver item 3.5)

VigasTreliçadas

3.3As vigas treliçadas são sistemas reticulados compostos de barras tracionadas ou comprimidas, unidas em nós articulados e formando sempre triângulos. As cargas devem ser sempre aplicadas nos nós. A união das barras pode ser por soldagem ou por chapas de ligação com solda ou parafusos.

Figura 14 - Vigas treliçadas - 8º Comando Naval

VigasArmadas

3.4A viga armada pode ter armação superior ou inferior, como nas vigas vagão e o enrijecimento da viga é feito pela protensão do cabo, que absorve parte do momento fletor.

Associado a um arco, este sistema também é muito usado empontes.

Figura 14 B – Viga Vagonada

Viga Alveolar Celular

9Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Viga em Quadro(ou Viga Vierendeel)

3.5É um tipo de viga com todos os nós enrijecidos e grande número de vazios. Pode estar submetida a tração, compressão simples e mo-mento fletor.

É muito usada em vigas de transição ou quando se tem necessidade de atravessar a viga com muitas instalações complementares, como tubulações de ar condicionado.

Pré-dimensionamento (estimativo):

Viga vierendeel de aço

• Altura : 1/15 a 1/20 do vão.

VigasMistas

3.6As vigas mistas são o resultado da associação da viga metálica com uma laje de concreto, que trabalham solidárias, formando um sistema aço-concreto.

Esta associação é feita por meio de conectores metálicos ligados às vigas de tal maneira que esta ligação seja resistente ao cisalhamento. Este tipo de associação é economicamente interessante porque re-duz o peso das vigas, fazendo com que a laje de concreto receba grande parte do esforço de compressão, enquanto a viga de aço absorve os esforços de tração.

Podem ser usadas lajes moldadas em loco e as lajes metálicas co- nhecidas como “steel decks”. Neste caso, a união é feita por conec-tores conhecidos como “stud bolts”, que são pinos eletrosoldados na forma metálica e na viga ao mesmo tempo, absorvendo o esforço de cisalhamento.

Pré-dimensionamento (estimativo):Viga mista - Altura: 1/20 a 1/25 do vão (para vãos de 6,0a 20,0 m)

Figura 15 - Uninove_Liberdade Colocação e do Steel deck e sua

concretagem

Definiçõese tipos

4.1O que são as ligações na estrutura de aço?

Ligação é todo detalhe que promova a união de partes da estrutura entre si ou com elementos externos, como as fundações. Como vimos anteriormente, a confecção de peças estruturais de aço como vigas e pilares se dá a partir de perfis laminados ou perfis soldados.

Estes elementos são fabricados de acordo com o projeto estrutural em peças isoladas. Recebem cortes, reforços e furações, também de acordo com o projeto executivo. Algumas dessas peças serão associadas a outras ainda na fábrica de estruturas. Outras, só serão associadas à estrutura no canteiro de obras, durante a montagem.

10 Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Exemplos:

Figura 16 - Ligação pilar complaca de base

Figura 17 - Ligação pilar-viga

•Ligação de viga I com coluna

•Ligação pilar com placa de base

•Emenda de coluna

Como são feitas as ligações?

As conexões ou ligações podem ser soldadas ou parafusadas.

Atualmente é comum que as ligações soldadas sejam feitas na fábrica de estruturas, pela dificuldade de um bom controle de soldagem no canteiro de obras e que as ligações de campo sejam parafusadas, pela facilidade de montagem.

Na execução das ligações deve-se levar em conta:

• Tipo da ligação: rígida ou flexível, por contato ou por atrito;

• Possíveis limitações construtivas ou de fabricação;

• As características da montagem;

• Avaliação dos custos dos vários tipos de ligação.

LigaçõesSoldadas

4.2A ligação por solda feita em fábrica ou em canteiro é normalmente mais rígida, mais simples e mais barata que a ligação parafusada.

A desvantagem fica por conta das dificuldades de se obter solda de boa qualidade durante a montagem de campo da estrutura, muitas vezes feita em posições e locais desfavoráveis. Por isso as fabricas de estruturas metálicas tem preferido usar em campo as ligações parafusadas.

O Processo de Soldagem

O Processo de soldagem a arco elétrico pode ser feito com eletrodo revestido, que é normalmente um processo manual de solda, onde o material do bastão de solda se funde o preenche o vazio entre as peças, soldando-as, ou por arco submerso, um processo automatiza-do de solda, comumente utilizado em soldas contínuas nas fábricas de estruturas metálicas.

Pontos importantes:

• É importante enfatizar que as soldas feitas na fábrica têm um controle de qualidade muito melhor que as soldas de campo. Por isso, o projeto de execução deve prever o maior número possível de soldas na fábrica, deixando para o campo a montagem com parafusos comuns ou de alta resistência, conforme o caso.

• Também é importante lembrar que o aço usado na solda deve ter a mesma composição química do aço base, como no caso dos aços de maior resistência à corrosão.

Figura 18 - Ligação soldada

11Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

LigaçõesParafusadas

4.3Como já foi dito, as ligações parafusadas são recomendadas para a montagem de campo.

• Os Parafusos comuns têm baixa resistência mecânica e por isso são utilizados apenas para ligações secundárias onde não são muito exigidos, como terças e longarinas, e peças decorativas como corrimãos.

• Os Parafusos de alta resistência seguem a norma americana ASTM A-35 e são utilizados para as ligações estruturais.

Figura 19 - Ligações parafusadas - Conselho Regional de Quimica -detalhe

As ligações mais críticas são feitas com torquímetros para permitir controle do aperto e considerar no cálculo o atrito entre as chapas, que com maior rigidez impedem a movimentação das partes co-nectadas.

Características das Ligações:Rígidas e Flexíveis

4.4Quando definimos o sistema estrutural também é definido o grau de rigidez dos nós da estrutura. Dessa forma, as ligações devem ser projetadas conforme as hipóteses feitas para os nós das barras na análise estrutural.

Dependendo do grau de impedimento da rotação relativa de suas partes, as ligações são classificadas em:

Ligações Rígidas

São as ligações que não permitem o giro da peça quandocarregadas.

Na verdade não existem ligações totalmente rígidas, mas são assim consideradas as que impedem 90% ou mais do giro.

O momento transmitido através da conexão rígida é máximo(ou próximo dele).

12 Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Ligações Flexíveis

São as ligações que permitem o giro da peça quando carregada.

Neste caso, as ligações também não são totalmente flexíveis, mas são assim consideradas quando atingem 80 por cento ou mais daquela teori-camente esperada caso a conexão fosse totalmente livre de girar.

O momento transmitido através da conexão flexível é zero (ou próximo de zero), ou seja, a ligação deve apenas transmitir força cortanteao pilar.

13Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

Para Finalizar

Para finalizar este módulo vamos assistir a 2 vídeos que irão com-plementar este assunto. (somente disponível via Internet)

O primeiro é mais uma interes-sante palestra do Prof. Yopanan sobre os variados tipos de perfis estruturais existentes.

Para Saber mais:

GerdauVM TubesUsiminas Mecânica

Video 2 - Tipos de Perfis Caso sua conexão não seja Banda Larga, opte por fazer o download do vídeo em formato ZIP clicando aqui.

Apresentador: Yopanan C. P. RebelloEngenheiro Civil pela Univesidade MackenzieMestre e Doutor pela FAU da Universidade São Paulo - USPDiretor e Professor da YCON - Formação Continuada.Professor de Sistemas Estruturais desde 1973 em escolas deArquitetura e EngenhariaAutor do livro “A Concepção Estrutural e a Arquitetura”Calculista de estruturas de aço, concreto, madeira, alvenaria estrutural e argamassa armada.

O segundo vídeo é uma palestra do Prof. Ildony sobre ligações em es-truturas de aço.

Video 3 - LigaçõesCaso sua conexão não seja Banda Larga, opte por fazer o download do vídeo em formato ZIP clicando aqui.

Apresentador: Ildony Helio BelleiEngenheiro Civil e Eletrotécnico pela Escola de Engenharia da Universi-dade de Juiz de Fora/MG, Coordenador do Curso de Engenharia Civil e Professor titular da disciplina “Edificios de Aço” do Centro Universitário de Volta RedondaAutor dos livros “Edificios Industriais em Aço” e “Edifícios de Multiplos Andares em Aço” - Diretor da IHB Engenharia e Consultoria S/C Ltda.

14 Introdução ao Uso do Aço na Construção - Módulo 03

BIBLIOGRAFIA DO MÓDULO 03A Concepção estrutural e a ArquiteturaAutor: Yopanan C.P. Rebello Ed. Zigurate – 2001

Estruturas de Aço – Conceitos, Técnicas e LinguagemAutor: Luis Andrade de Matos DiasEd. Zigurate - 2002

O Uso do Aço na ArquiteturaAutor: Aloísio Fontana MargaridoEd. CBCA – 2003

Edifícios de Múltiplos Andares em AçoAutores: Ildony H. Bellei, Fernando O. Pinho e Mauro O. PinhoEd. Pini – 2004

Manual da Construção em AçoEdifícios de pequeno porte estruturados em açoEd. CBCA – 2002

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Lajes e Vedações Módulo 04