Características do aço definem projeto e dimensionamento de estruturas metálicas

Em comparação com concreto armado, utilização do material implica em significativas diferenças no dimensionamento das fundações, no sistema estrutural, no desenho arquitetônico e na sequência da obra

Publicado em: 02/05/2018Atualizado em: 09/04/2021

Texto: Eduardo Campos Lima

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A industrialização do aço garante precisão dimensional das peças (Anusorn Abthaisong / shutterstock)

Projetos de edificações com estrutura metálica devem levar em conta as propriedades específicas do aço, que determinarão significativas diferenças no dimensionamento das fundações, no sistema estrutural, no desenho arquitetônico e na sequência executiva da obra, em comparação com o concreto armado.

Como matéria-prima para a construção civil, o aço apresenta elevada ductilidade (ou seja, alta capacidade de se deformar antes de se romper), homogeneidade microestrutural, tenacidade e tensão de escoamento. “Outra característica fundamental do aço é a isotropia, ou seja, ele apresenta a mesma resistência em todas as direções”, explica Ricardo Candelária, professor de estruturas metálicas e de madeira do Instituto Mauá de Tecnologia.

Também se destaca no aço a sua soldabilidade, que permite que a combinação de diferentes peças seja facilmente executada, preservando-se as propriedades de cada uma delas no todo. A resistência elevada às várias solicitações (flexão, compressão e tração) possibilita, ainda, que os elementos estruturais tenham menor dimensão e as edificações sejam mais esbeltas e versáteis do ponto de vista arquitetônico – ao contrário do caráter monolítico das construções em concreto armado.

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MÉDIA, ALTA OU ALTÍSSIMA RESISTÊNCIA

Os perfis atualmente existentes no mercado brasileiro podem ser compostos por aços de média, alta ou altíssima resistência, que devem ser especificados de acordo com as necessidades de projeto. “Aços das três categorias vêm sendo utilizados em diferentes projetos construtivos. Em grandes projetos, como edifícios multiandares, em geral usam-se aços de maior resistência”, aponta Fernando Ottoboni Pinho, engenheiro especialista em estruturas metálicas.

A NBR 8800 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios, de 2008, apresenta como elementos de uso estrutural frequente os perfis, chapas e barras de aço-carbono, de aços de baixa liga e alta resistência mecânica e de aços resistentes à corrosão atmosférica, com resistência ao escoamento variando de 230 MPa a 450 MPa e resistência à ruptura à tração de 310 a 550 MPa.

Aços das três categorias vêm sendo utilizados em diferentes projetos construtivos. Em grandes projetos, como edifícios multiandares, em geral usam-se aços de maior resistência
Fernando Ottoboni Pinho

“Considerando que a resistência típica do concreto é de 30 a 35 MPa e a da madeira é da ordem de 30 a 40 MPa, o aço apresenta uma resistência muito mais elevada que os outros materiais empregados na construção”, aponta Candelária.

Entre as constantes físicas do aço, vale destacar seu módulo de elasticidade, correspondente a 200.000 MPa, e seu módulo de elasticidade transversal, de 77.000 MPa. Dada a homogeneidade do material e sua adequação aos parâmetros definidos em fábrica, o projeto abrange de antemão limites de escoamento, ruptura e módulo de elasticidade com grande confiabilidade, diminuindo as chances de surpresas no canteiro.

CÁLCULOS

De acordo com o engenheiro Ildony Bellei, especialista em estruturas metálicas e autor de livros sobre o assunto, o cálculo das estruturas de concreto armado e das estruturas metálicas apresentam algumas diferenças significativas. “A inexperiência do engenheiro calculista com projetos metálicos pode levar ao superdimensionamento dos elementos, gerando custos adicionais à obra”, adverte.

As equações para dimensionamento de estruturas metálicas e de concreto são um pouco diferentes, pois cada material exige determinados cuidados. O concreto armado, por exemplo, não apresenta a mesma homogeneidade do aço, de forma que os cálculos de compressão e tração serão diversos.

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ESTRUTURAS METÁLICAS X ESTRUTURAS DE CONCRETO

O peso de estruturas metálicas de edifícios pode variar de 30 kg/m2 a 80 kg/m2, contra 250 kg/m2 a 350 kg/m2 no caso das estruturas de concreto armado. “Como a resistência do material é maior, os elementos estruturais, como vigas e colunas, podem ter dimensões menores”, esclarece o engenheiro Fernando Pinho. Essa característica da estrutura em aço, aliada à configuração geométrica de suas seções, permite que o pé-direito seja comparativamente menor, possibilitando mais patamares em edificações de mesma altura.

Dada a leveza da estrutura, podem chegar às fundações cargas de menor grandeza, reduzindo-se dimensões e/ou custos. O uso menos intenso de fôrmas e escoramentos torna o canteiro de obras mais enxuto do que nas construções em concreto armado. “Tudo isso resulta em obras mais limpas e velozes”, acrescenta Pinho.

Considerando que a resistência típica do concreto é de 30 a 35 MPa e a da madeira é da ordem de 30 a 40 MPa, o aço apresenta uma resistência muito mais elevada que os outros materiais empregados na construção
Ricardo Candelária

O fato de os perfis, barras e chapas serem industrializados faz com que cresça a precisão dimensional das peças e dos módulos de obra, com menor incidência de inadequações nas áreas e alturas de componentes estruturais e de vedação. Fiscalização e controle de qualidade, portanto, também se tornam mais simples, com menor necessidade de intervenções.

A fácil união das peças de aço (por meio de soldas e/ou parafusos) e a modulação da estrutura frequentemente permitem que, no caso de edifícios multiandares, a obra avance de três em três patamares, com sistemas de lajes e vedações sendo simultaneamente exercitados. Tudo isso é muito mais complexo no caso das estruturas de concreto armado. O uso de elementos pré-fabricados também se torna mais viável, de forma que o caráter industrial do processo construtivo se acentua.

Para que o processo executivo transcorra de forma eficiente, é preciso atentar para a elaboração de projeto e detalhamento de montagem. “O ideal é que o projetista e o calculista sejam o mesmo profissional, ou ao menos que trabalhem com muita proximidade”, defende Bellei. Podem ser empregados softwares de uso amplo, tanto para o cálculo de projetos que utilizam concreto armado quanto para estruturas metálicas, ou programas especificamente voltados a estruturas metálicas.

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ColaboraÇÃo TÉcnica

Ricardo Candelária – professor de estruturas metálicas e de madeira do Instituto Mauá de Tecnologia

Fernando Ottoboni Pinho – engenheiro especialista em estruturas metálicas

Ildony Bellei  – engenheiro especialista em estruturas metálicas e autor de livros sobre o assunto