Em estruturas metálicas a definição do princípio de estabilização tem relação
direta com a proposta arquitetônica e deve ser decidido pelo arquiteto
juntamente com a equipe multidisciplinar de projeto, direcionando assim o
partido arquitetônico.
Toda solução estrutural seja ela em aço ou não, sofre solicitação de esforços
tais como as ações verticais (sobrecarga e peso próprio da estrutura) e ações
horizontais (como a ação do vento). Para que estas estruturas apresentem
resistência à tais solicitações é preciso que se desenvolva um sistema de
estabilização que garanta sua performance dentro dos parâmetros estabelecidos
em projeto. Em linhas básicas, “estabilizar a estrutura significa garantir que
sua forma não seja abalada durante a ocorrência de quaisquer solicitações, as
quais a edificação foi projetada a suportar”.(MERRIGUI,2004)
5-12-10 Fig. 3.18 - Fonte: Merrigui 2004
Ações atuantes na estrutura induzindo à
desestabilização dos quadros estruturais:
• variação da diagonal
• variação dos ângulos
Usualmente, as soluções de estabilização em estruturas metálicas dos planos
verticais, tanto transversal quanto longitudinalmente, são os sistemas de pórticos
rígidos, os sistemas de contraventamento, e as soluções de paredes de
cisalhamento em pórticos deslocáveis, os quais veremos mais
detalhadamente a seguir. Porém, no plano horizontal a estabilização é
garantida pela interação da laje (pano rígido) com a retícula de vigas
(vigas-mistas), funcionando como um sistema de parede de cisalhamento
horizontal. Na ausência da laje ou de um outro elemento que possa
acrescentar rigidez suficiente ao plano horizontal, deve-se utilizar o
sistema de contraventamentros, ligações rígidas entre as vigas ou
engradamento de cobertura. Um caso típico de estabilização por
contraventamento horizontal são as coberturas de galpões, quase sempre
estabilizadas com cabos ou barras no plano abaixo das telhas.
Fig. 3.19 - Fonte: SANTOS, 1996
Contraventamentos em “Y” e “K”
Fig. 3.20 - Fonte: MERRIGUI, 2004
Esquema de edifício estruturado em pórtico com ligações rígidas
a. CONTRAVENTAMENTO
Este sistema é caracterizado pela inserção de uma peça estrutural na
diagonal do quadro metálico, de modo a permitir o uso de elementos mais
leves que adquiram resistência ao conjunto através da geometria
indeformável do triângulo. Este princípio nos leva a considerar que, do
ponto de vista estático, uma barra diagonal é suficiente para garantir a
estabilidade do quadro. Porém, o acréscimo de duas barras em forma de
Fig. 3.21 - Fonte: MERRIGUI, 2004
Esquema de edifício estruturado em parede de cisalhamento
“X”, nos leva à soluções mais econômicas. Outras formas de
contraventamentos também podem ser utilizadas, dependendo da
necessidade de uso da edificação, assim temos os sistemas em “K” e
em “Y”.
b. LIGAÇÕES RÍGIDAS
Estas ligações mantêm estável o pórtico formado por colunas e vigas
metálicas, a partir do enrijecimento de uma ou mais de suas ligações,
o que impede diretamente a variação angular deste quadro. Este tipo
de solução inclui procedimentos mais complexos devido à inserção
de placas de ligação mais espessas e maior volume de solda ou
parafusos, aumentando também o peso global da estrutura e o
trabalho homem - hora necessário para a fabricação e montagem das
conexões. Estes procedimentos fazem com que o enrijecimento
completo das junções dos pórticos seja uma solução menos
econômica do que o acréscimo de barras de travamento, sendo, por
isso, menos utilizada.
c. PAREDES DE CISALHAMENTO
A inserção de um elemento dentro ou faceando o quadro estrutural, com
rigidez suficiente para garantir sua forma inicial também é uma solução
para o problema estrutural. A rigidez necessária para garantir a
performance da parede como estabilizadora da estrutura pode ser
atingida com alvenarias de blocos, tijolos, painéis pré-moldados, ou com
paredes moldadas no local, e deve ser calculada por um profissional da
área.
Fig. 3.23 - Fonte: DIAS, 2002.
Edifício em sistema de pórticos flexíveis, sua
estruturação vertical acontece através das paredes de
cisalhamento.
Fig. 3.22 - Fonte: DIAS, 2002.
Edifício contraventado em “X”
d. NÚCLEO CENTRAL RÍGIDO
Fig. 3.24 - Fonte: DIAS, 2002.
Pórticos flexíveis estruturados através do sistema de
paredes de cisalhamento.
Fig. 3.25 - Fonte: DIAS, 2002.
Pórticos semi - rígidos estruturados através de um
núcleo central rígido.
Esta opção consiste basicamente em amarrar a retícula estrutural, com
ligações semi-rígidas e sem contraventamentos, a uma torre com rigidez
suficiente para garantir que o esquadro e o prumo das peças estruturais
permaneçam os mesmos estabelecidos no projeto e na montagem. A
torre do núcleo central, rígida quase sempre, pode ser combinada a
elementos do programa, mais precisamente aqueles associados à
circulação vertical da edificação como caixa de escadas e elevadores .
O inconveniente desta solução é o descompasso entre as tecnologias. A opção mais frequente para execução
do núcleo rígido é em concreto armado, sua velocidade de execução, por necessidade técnica da cura do
material, pode comprometer o rendimento global da execução do edifício em estrutura metálica.
3.4 A ORDEM DE GRANDEZA DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Segundo o arquiteto João Diniz, a geometria é ocupação do arquiteto é ele quem deve lançar, mesmo que
intuitivamente, a estrutura no projeto e sua geometria, para depois o discutir com o engenheiro estrutural as
diversas possibilidades de soluções.
A dimensão da peça estrutural está relacionada ao vão o qual esta peça se submete. A tabela abaixo apresenta
as dimensões para vigas segundo esta relação. Já as definições da ordem de grandeza das colunas são menos
complexas, pois sua resistência pode ser ajustada com a variação da espessura da chapa que as compõe.
A ESPECIFICAÇÃO DO TIPO DE AÇO
No desenvolvimento de um projeto arquitetônico, compreender o comportamento do material que se
trabalha, as características que o torna adequado ou não a determinado uso é importante para que se possa
potencializar seu desempenho através do desenvolvimento de soluções adequadas e econômicas para a
aplicação que se deseja.
No caso do aço, este estudo torna-se complexo já que o aço é produzido em uma grande variedade de tipos e
formas, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações e às exigências específicas que
surgem no mercado, levando à ocorrência de 3500 tipos1 diferentes de aços.
Os aços são ligas de ferro e carbono com teor de C de 0,002 à 2%, aproximadamente. Para a sua aplicação na
construção civil são utilizados os aços com teor de carbono na ordem de 0,18 à 0,25%, chamados aços de
baixa liga, e os aço-carbono, que apresentam propriedades de resistência e ductilidade especiais para esta
aplicação e adequados para a utilização em elementos da construção sujeitos a carregamento. As
propriedades do aço podem variar consideravelmente a partir da variação da concentração de carbono e de
outros elementos de liga adicionados propositadamente como o manganês, níquel, cromo, etc.
a. AÇOS-CARBONO (Média resistência mecânica)
De acordo com a NBR 6215, o aço-carbono é aquele que apresenta elementos de liga em teores residuais
máximos admissíveis. Em função do teor máximo de carbono eles são divididos em três classes de acordo
com a 2tabela abaixo:
Dentre os aços estruturais existentes atualmente, o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36, especificado
pela American Society for Testing and Materials. A 3tabela abaixo apresenta os principais tipos de açoscarbonos
especificados pela ASTM usados no Brasil para perfis, chapas e barras:
