A UTILIZAÇÃO DA ESTRUTURA METÁLICA NA ENGENHARIA CIVIL

Engenharias, Volume 26 - Edição 116/NOV 2022 / 19/11/2022

THE USE OF METALLIC STRUCTURE IN CIVIL ENGINEERING

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10.5281/zenodo.7335421

Paulo Ricardo Reis de Souza1
Jean Marcel Nunes de Morais2
Benicio de Morais Lacerda3

RESUMO

Desde o surgimento das estruturas metálicas como nova tecnologia construtiva, a engenharia no ramo da construção civil, aderiu um novo método estrutural em seu processo construtivo, pois este método oferece praticidade, beleza, modernidade e agilidade no processo, além de seguir as exigências do mercado. Desta forma o presente trabalho buscou investigar a importância da utilização das estruturas metálicas no processo construtivo. Portanto buscou-se aprofundar o conhecimento com fins de alcançar o objetivo geral da pesquisa: Investigar e descrever a importância da utilização das estruturas metálicas no âmbito da construção civil.  Neste caso realizou-se a pesquisa bibliográfica exploratória descritiva de cunho qualitativo. Os resultados apontam que o uso de estruturas metálicas na construção civil é de grande relevância e apresenta vantagens em relação a outros métodos estruturais. Além disso, o conhecimento dos materiais utilizados e suas propriedades, aliado a bons projetos realizados por profissionais qualificados é imprescindível para a entrega de um trabalho de qualidade usando esse tipo de estrutura. 

Palavras-chaves: Estruturas Metalicas, aco, Engenharia Civil e Construção Civil. 

ABSTRACT 

Since the emergence of metallic structures as a new constructive technology, engineering in the field of civil construction has adopted a new structural method in its construction process, as this method offers practicality, beauty, modernity and agility in the process, in addition to following the demands of the market. Thus, the present work sought to investigate the importance of using metallic structures in the construction process. Therefore, we sought to deepen the knowledge in order to achieve the general objective of the research: Investigate and describe the importance of using metallic structures in the context of civil construction. In this case, an exploratory descriptive bibliographic research of a qualitative nature was carried out. The results indicate that the use of metallic structures in civil construction is of great relevance and has advantages over other structural methods. In addition, knowledge of the materials used and their properties, combined with good projects carried out by qualified professionals is essential for the delivery of quality work using this type of structure. 

Keywords: Metallic Structures, Steel, Civil Engineering and Civil Construction. 

1 – INTRODUÇÃO 

Diante do avanço tecnológico na área da engenharia civil, o ramo da construção civil vem buscando a cada dia inovar seu processo construtivo. “O uso de estrutura metálica como tecnologia pode trazer vantagens para o setor de construção civil, pois é um dos materiais que são utilizados em grande escala, isto é o resultado de investimento em novas tecnologias’. (SILVA, 2018). 

Freitas (2018), desde o século XVIII, quando apareceram as primeiras estruturas metálicas na construção civil, o aço tem transformado a vida., pois o uso das estruturas metálicas na construção civil é uma alternativa para a edificação de empreendimentos de qualquer porte, por ser este um método que propicia agilidade na execução dos projetos. 

Cruz (2020), diz que a estrutura metálica é um tipo de sustentação muito utilizada na construção civil e é composta de aço, e pode ser utilizada em diversos projetos como por exemplo, em casas, pavilhões, galpões, mezaninos, dentre outros. 

Ainda segundo Cruz (2020), o sistema construtivo utilizando estruturas metálicas, é um sistema industrializado muito utilizado, e chegam no canteiro de obras prontas para a montagem. Neste contexto, “As estruturas de aço tem possibilitado aos arquitetos, engenheiros e construtores, soluções arrojadas, eficientes e de alta qualidade”. (INABA, 2021). 

Cruz (2022), aponta que no projeto de estruturas metálicas deve ser definido o tipo de aço que serão utilizado e de que forma os perfis serão montados. Neste caso a NBR 8800/2008, diz que os projetos devem ser executados em escala adequada para o nível das informações desejadas. Também deve conter todos os dados que se fizerem necessários para o detalhamento da estrutura, e para a execução dos desenhos de montagem e para o projeto de fundações. 

Diante do exposto seguir as normas de regulamentação para o planejamento e execução dos projetos é imprescindível, pois o conhecimento dos regulamentos permite aos profissionais identificar os materiais adequados para a edificação da obra, além de poder tomar decisões assertivas e prevenir problemas que possam futuramente comprometer a estrutura da obra. 

O presente trabalho tem seu foco na construção civil, e no uso de estruturas metálicas no processo construtivo, haja vista que o conhecimento é de extrema relevância para execução dos projetos de edificações e é determinante para a tomada de decisões, além de contribuir para a entrega de um trabalho ágil e de qualidade. 

Diante disso, a pesquisa buscou responder o seguinte questionamento: qual é a importância do uso de estruturas metálicas na construção civil?  Pois o objetivo geral do trabalho consiste em: investigar e descrever a importância da utilização de estruturas metálicas no âmbito da construção civil, detalhando suas características e formas de utilização.  Tendo como objetivos específicos: Realizar revisão bibliográfica relacionada ao objeto de estudo; descrever as vantagens e desvantagens da utilização das estruturas metálicas; investigar e descrever problemas oriundos do uso das estruturas de aço na obra; realizar análise comparativa de uso entre estruturas mistas e estruturas metálicas e estruturas metálicas e concreto armado. 

2 – MÉTODO 

O estudo do presente trabalho teve por objetivo a pesquisa bibliográfica do tipo exploratória descritiva de cunho qualitativo. A execução da pesquisa foi realizada em duas etapas, onde buscou-se conhecimento em vários referenciais teóricos como artigos, livros, revistas, periódicos, teses, e sites relacionados ao objeto de estudo. 

Com a revisão buscou-se conhecimentos referente, às características, os métodos de execução, as vantagens e desvantagens de utilização do método estrutural, fazendo uma análise entre as estruturas metálicas, mistas e concreto armado. Após a revisão podese obter os dados relevantes para apontar a importância do uso de estruturas metálicas no processo construtivo.  

3 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 

3.1 UTILIZAÇÃO DO AÇO EM ESTRUTURAS METÁLICAS 

3.1.1 Contexto Histórico 

De acordo com o Instituto Aço Brasil (2013), a idade do ferro iniciou-se em 1200 a.c., sendo considerado último estágio tecnológico e cultural da Pré história, este fato trouxe grandes mudanças para a sociedade. 

Ainda de acordo com Instituto Aço Brasil (2013), com este fato houve grande desenvolvimento para a agricultura, da época, em que foram confeccionadas novas ferramentas, além da viabilização de expansão territorial de vários povos, pela confecção de armas modernas, pois essa grande mudança segundo Aço Brasil ocorreu quando se descobriu a forma de se produzir o aço. 

Inaba (2021), desde o século XVIII, quando se iniciou o uso de estruturas metálicas na construção civil, o aço tem possibilitado atualmente aos profissionais da área da arquitetura e da engenharia e construção civil soluções arrojadas, eficientes e obras de alta qualidade. Uma das primeiras obras de construção metálica foi a ponte de Iron Bridge no ano de 1779. Como visto na imagem a seguir: 

Figura 1 – Imagem da ponte IRON BRIDGE 

 Fonte: https://varievo.com/as-pontes-mais-famosas-domundo/ponte-de-ferro-the-iron-bridge/ 

Segundo o Instituto Aço Brasil (2013), as primeiras usinas de aço no Brasil surgiram com a chegada da família real, expandindo o mercado somente no século XX.  E somente no ano de 1921 com a criação da Companhia Siderúrgica Mineira, é que o mercado do aço no Brasil impulsionou sua produção. Atualmente o Brasil é o maior produtor de aço da América Latina. 

Cortez et.al (2018), aponta que o uso do aço no Brasil ainda é recente, segue as tendências mundial que há décadas já utiliza estruturas de aço em muitos projetos. “O aço é um dos materiais que vem ganhando força nas últimas décadas, atualmente já é amplamente utilizado em diversos setores da construção civil”. (ARAÚJO, 2022). 

Rodrigues (2017), o aço é um material geométrico não plástico tem funções estruturais com grande potencial estético, e maior precisão em termos de dimensionamento, portanto o aço utilizado na construção civil permite aumentar a produtividade, com rapidez na execução dos projetos aumentando a produtividade, além de custo/benefício. 

Segundo Inaba e Coelho (2017), a construção é setor que mais utiliza produtos siderúrgicos no BRASIL, tendo um consumo aparente de 37% do total consumido no país, desde o ano de 2003, a expansão do ritmo de crescimento das atividades construtivas trouxe também alterações qualitativas e crescente amadurecimento do mercado pela exigência de obras cada vez mais ágeis e de maior qualidade.  

O uso do aço em obras recentes pode ser visto em diversos projetos:aeroportos, estádios de futebol, aeroportos, edifícios corporativos, hotéis, atestam a enorme contribuição que a construção em aço oferece para que tenhamos obras cada vez mais rápidas, eficientes, bonitas e sustentáveis. (INABA e COELHO, 2017). 

Diante do exposto pode se observar a evolução das obras em aço construídas no Brasil, e pode ser observado a evolução das estruturas compostas de aço em diversos empreendimentos construtivos, esta evolução pode ser observada nos seguintes exemplos: Edifício Garagem América, primeiro edifício utilizando estruturas metálicas no Brasil. 

Figura 2A, ponte Rio Niterói- Rio de Janeiro, uma das
primeiras obras de grande porte construída em aço. 

Fonte: https://diariodorio.com/projeto-preveconstrucao-de-barragem-na-ponte-rio-niteroi-para-impedirelevacao-do-mar-na-baia-de-guanabara/ 

Figura 2B– Estádio Arena Amazônia, 

Fonte:https://www.construcaolatinoamericana.com/new s/novas-mortes-suspendem-obras-da-arenaamazonia/3090941.article 

Figura 2 C – Edifício garagem américa 

Fonte:https://spcity.com.br/edificio-garagem-americao-primeiro-estacionamento-vertical-da-cidade// 

3.1.2 Aços Estruturais 

Aços estruturais são materiais com propriedades específicas para determinados tipos de trabalhos mecânicos para cada tipo de obra. Aços estruturais são todos os tipos de aço que devido a sua resistência mecânica, resistência a corrosão, ductilidade, soldabilidade e outras propriedades, são adequados para uso em elementos que suportam carga. 
(BELLEI e BELLEI, 2011. P.41).

3.1.2.1 Tipos de Aços Estruturais 

O aço pode ser utilizado na fabricação de peças metálicas ou estruturas ele pode ser classificado de acordo com sua composição, sua microestrutura, seu processo de acabamento, propriedades, tratamento térmico, aplicações dentre outros. (COSTA, BRAGA e MACHADO, 2020, p.4).  

Os autores dizem que: Quanto a sua composição os aços podem ser classificados como aço-carbono ou aço de liga. 

1. Aço Carbono 

É o aço derivado apenas da união do ferro com o carbono e não possui elementos de liga suficientes para alterar as suas propriedades. Dentre os elementos residuais podem ser encontrados o manganês, silício e fósforo; 
O aço carbono ainda pode ser dividido em aço de carbono alto, médio, baixo, extra baixo ou ultra- baixo. 

2. Aço de liga 

Ao contrário do aço carbono, o aço de liga contém elementos com quantidades significativas que têm o potencial de alterar as propriedades do material, tanto químicas quanto mecânicas. Podendo ainda conter elementos como o níquel, silício, cromo, manganês, molibdênio, vanádio e tungstênio. A composição dos elementos varia de acordo com a propriedade e desempenho, almejado para o material, pois esses elementos são inseridos na composição do aço para conferir-lhes propriedades desejadas. Os aços de liga podem ser subdivididos de acordo com o teor de elementos em sua composição, podendo ser aços de baixa, média e alta liga ou aço de baixa liga de alta resistência. 

Segundo Bellei e Bellei (2011), o aço ASTM A36 é o principal aço para o uso estrutural de edifícios e pontes, por exemplo. O seu limite de escoamento mínimo é 250 Mpa para perfis e chapas. O aço ASTM A572 G50 é o principal aço de alta resistência e baixa liga, com um limite de escoamento mínimo de 345 Mpa. O aço ASTM A588 é o principal com baixo teor de carbono de alta liga, também conhecido como aços patináveis. 

3.1.2.2 Propriedades mecânicas do aço estrutural De acordo com Rodrigues (2017). As propriedades do aço podem ser:  

  • Elasticidade: propriedade do metal de retomar a sua forma original, uma vez removida a força externa atuante
     
  • Plasticidade:  propriedade material não voltar a sua forma inicial após a remoção da carga eterna, obtendo-se deformações permanentes. A deformação plástica altera a estrutura de um metal, aumentando sua dureza. 
  • Ductilidade: é a capacidade do material de se deformar sob a ação de cargas antes de se romper, daí a sua grande importância, já que estas deformações constituem um aviso prévio a ruptura final do material, o que é de extrema importância para prevenir acidentes em uma construção. 
  • Fragilidade. É a característica dos materiais que se rompem bruscamente, sem aviso prévio. Este é um dos fatores responsáveis por diversos tipos de acidentes ocorridos em pontes e navios. 
  • Resiliência: é a capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico, ou seja, a capacidade de restituir a energia mecânica absorvida.  
  • Tenacidade: é a energia total, plástica ou elástica, que o material pode absorver até a ruptura. 
  • Fluência acontece em função de ajustes plásticos que podem ocorrer em pontos de tensão, ao longo dos contornos dos grãos do material. Estes pontos de tensão aparecem ao logo após o metal ser solicitado por uma carga constante, e sofrer deformação continua levando a uma redução da área do perfil transversal da peça. 
  • Fadiga; é a ruptura de um material sob esforços repetidos ou cíclicos. A ruptura por fadiga é sempre uma ruptura frágil, mesmo para materiais dúcteis. 
  • Dureza: é a resistência ao risco ou abrasão: a resistência que a superfície do material oferece a penetração de uma peça de maior dureza. Sua análise é de fundamental importância nas operações de estampagem de chapas de   aço.  

3.1.3 Perfis do aço estrutural 

Os perfis estruturais consistem na forma como o aço se apresenta para uso estrutural   O desempenho de um perfil estrutural depende de fatores como; a sua forma, resistência do aço ao qual é produzido, o processo de fabricação, dentre outros.  Além disso, a escolha do perfil passa por algumas análises sobre as características do perfil. Algumas das características são: homogeneidade estrutural, número de bitolas, bitolas sob medida, prazo de entrega, comprimento padrão e sob medida e acabamento superficial. (BELLEI E BELLEI, 2011, P.43) 

Segundo Pfeil (2010), os perfis estruturais podem ser produzidos de diversas formas, por exemplo, chapas, barras, perfis laminados, perfis de chapa dobrada, perfis soldados, dentre outros. Os produtos laminados se classificam em barras, chapas e perfis. Segundo o autor as barras são; produtos laminados nos quais duas dimensões da seção transversal são pequenas, em relação ao comprimento. As chapas são: produtos laminados, nos quais a espessura é bem menor que a largura e comprimento.  

Os Perfis do aço estrutural podem ser: Perfis Laminados, Perfis Soldados e Perfis Compostos e Perfis de Chapa Dobradas.  Que serão descritos de acordo com Pfeil (2010) 

Perfis Laminados: São perfis de grande eficiência estrutural, em forma de H, I, C, L.  Os perfis H, I, e C são produzidos em grupos, sendo os elementos de cada grupo de altura h constante largura das abas b variável a variação da largura se obtém aumentando o espaçamento entre os rolos laminadores de maneira que a espessura da alma tem variação á da largura das abas. Os perfis C são correntemente denominados perfis U, os perfis L, são as cantoneiras, também fabricados com diversas espessuras para cada tamanho das abas,  

Figura 3 – Imagens perfis laminados 

  • Perfis de Chapa Dobrada; As chapas metálicas de aços dúcteis podem ser dobradas a frio, transformando-se em perfis de chapas dobradas. A dobragem das chapas é feita em prensas especiais nas quais há gabaritos que limitam os raios internos de dobragem a certos valores mínimos. Especificados para impedir a fissuração do aço na dobra. A norma regulamentadora para o dimensionamento de Estruturas de Aço de Perfis formados a Frio é norma brasileira NBR14762/2001. 

Figura 4 – imagens de perfis de chapa dobrada: perfil U, perfil complexo perfilse perfil Z 

  • Perfis Soldados e Perfis Compostos:   

Perfis Soldados: Esses perfis são formados pela associação de chapas ou perfis laminados simples, sendo a ligação em geral soldada. A norma brasileira NBR 5884/1980, padronizou três perfis soldados: 

Perfis CS: colunas soldadas, Perfis VS, vigas soldadas, Perfis CVS colunas vigas e soldadas.  

      Perfis Compostos: São perfis formados pela associação de perfis laminados simples, são perfis evidentemente mais caros que os laminados simples. Seu emprego se justifica para atender as conveniências de cálculo como, por exemplo, em colunas ou estacas onde se deseja momento de inércia elevado nas duas direções principais.  

Figura 5 – imagens perfis compostos de chapas  soldados 

Fonte: http://perfilsoldado.com.br/ 

O Uso de perfis e chapas utilizados nas estruturas metálicas são indicados pelas normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), de acordo com as seguintes normas: 

  • NBR 7007: para uso de perfis laminado para o uso estrutural; 
  • NBR 6648: referente a chapas grossas de aço – carbono para o uso estrutural 
  • NBR 6649: para chapas a frio de aço-carbono para o uso estrutural;; 
  • NBR: 5000/ASTM A 572; para uso de chapas grossas de aço baixa liga e de alta resistência mecânica; 
  • NBR 5004/ASTM A 588 para uso de chapas finas de aço, de baixa liga e de alta resistência mecânica; 
  • NBR 5008/ ASTM A 709: para o uso de chapas grossas de aço de baixa resistência e alta resistência mecânica resistentes a corrosão para usos estruturais e 
  • BNBR  8261; para o uso de perfil tubular, de aço carbono formado a frio com e sem costura, de
  • sessão circular, quadrada ou retangular para usos estruturais. 

4 – ESTRUTURAS METÁLICAS NO PROCESSO CONSTRUTIVO 

Estrutura metálica é um elemento estrutural cuja seção é produzida totalmente em material metálico, principalmente aço. Este é formado essencialmente de ferro e carbono e sua resistência depende da quantidade de carbono utilizado. Quanto maior o teor de carbono maior será a resistência do aço para a construção metálica. (PEREIRA,2019). 

Cruz (2018), A estrutura metálica é um tipo de sustentação, usada na construção civil e esta é composta de perfis metálicos e pode ser aplicada em variados tipos de projetos, tendo como principal vantagem a rapidez na execução.  Pois este tipo de estrutura é industrializado e já chegam no canteiro de obras pronto para serem montadas. Evitando improvisações, por isso a planta criada pelo arquiteto deve ser extremamente detalhada.  

Schafer, (2020), as estruturas metálicas são elementos estruturais muito utilizado na construção civil, e os componentes de uma estrutura uma estrutura metálica são: 

  • Girder 
  • Joist; 
  • Lanternin; 
  • Domo; 
  • Calhas, rufos e acessórios; 
  • Telha zipada; 
  • Telha trapezoidal;
  • Steel frame. 

Ainda de acordo com o Sharfer (2020), as estruturas metálicas podem ser usadas para execução pergolados, barrotes, pontes, plataforma marítima, indústria naval, fundações e contenções de edifícios de andares múltiplos, pontes dentre outros.  Pois este sistema permite que a construção tenha vãos mais amplos, sem interrupção por vigas ou pilares, aproveitando melhor o espaço, permitindo melhor estética aos projetos.  

 A avaliação de uma estrutura deve levar em consideração a resistência e a estabilidade dos elementos estruturais e da estrutura como um todo. A avaliação de um sistema estrutural será um conjunto de escolhas feitas para cada uma das opções que o sistema apresenta. (BELLEI  e BELLEI ,2011) 

Os autores dizem ainda que um sistema todo em aço pode ser configurado pelas escolhas feitas para cada um dos itens abaixo: 

  • Tipo de aço; 
  • Tipo de perfil; 
  • Modulação vãos livres;
  • Tipo de laje; 
  • Tipo de vedação tipo de ligação; 
  • Vigas e pilares mistos; 
  • Aberturas em alma de vigas
  • Juntas de dilatação;
  • Tipos de proteção contra corrosão;
  • Tipos de proteção contra incêndio; 
  • Durabilidade; e 
  • Esquema de transportes e montagem. 

Segundo Pereira (2019), diz que de acordo com o elemento estrutural a estrutura metálica terá passos executivos diferentes como no caso da treliça metálica, pois essa estrutura é utilizada mesmo quando o restante do sistema construtivo não seja metálico. ” 

 As ligações serão utilizadas solda ou parafusos. Para as vigas e pilares metálicos não será necessário realizar cimbramento por longos períodos, mas estabilizar as peças até que fiquem adequadamente ligadas e em suas posições definitivas…Equipamentos como gruas serão utilizadas nessa tarefa e utiliza-se mão de obra especializada. (PEREIRA 2019) 

Diante deste contexto, Cruz (2022), aponta que antes das instalações das estruturas metálicas, todos os processos construtivos devem estar prontos no canteiro de obras, como as estacas, vigas de baldrame e sapatas. 

4.1 Projetos de Estruturas metálicas 

É um projeto estrutural de uma edificação, que faz parte de um conjunto de projetos complementares, essenciais para a construção nele são representados e dimensionados os elementos estruturais, como vigas, pilares, lajes e demais componentes responsáveis pela sustentação da edificação. (CARVALHO 2018). 

Carvalho (2018), diz ainda que ao elaborar o projeto estrutural, deve-se fazer a comunicação deste com os demais projetos, como o projeto arquitetônico, projeto hidrossanitário e o projeto elétrico, podendo os elementos dos demais projetos sofrer modificações na etapa de compatibilização, pois quando a compatibilização não, não é feita de maneira correta os problemas podem ser identificados durante a execução, levando a atrasos ou até mesmo danos na a edificação. 

As etapas do projeto estrutural segundo Pfeil (2010), são divididos em três etapas: 

a) Anteprojeto básico: quando são definidos o sistema estrutural, os materiais a serem utilizados no sistema construtivo; 

b) Dimensionamento ou cálculo estrutural: é a fase na qual são definidas as dimensões dos elementos da estrutura e suas ligações de maneira a garantir a segurança e o bom desempenho da estrutura; e 

c) Detalhamento: quando são elaborados os desenhos executivos da estrutura, cabendo as especificações de todos os seus componentes. 

O projeto estrutural possui elementos importantes no elemento do projeto estrutural tem o objetivo de passar as informações para o responsável pela execução da obra e para a elaboração dos demais projetos, devendo ser claros o suficiente para que não haja dúvidas e nem necessidade de dedução no canteiro de obras. (CARVALHO,2018).

Figura 6 – Imagem projeto estrutural 

Fonte: https://carluc.com.br/projeto-estrutural/tudosobre-projeto-estrutural/ 

Elementos do projeto estrutural, de acordo site carluc carvalho 2018com Carvalho (2018), são: 

  • Planta de Carga: A planta de carga é utilizada para o dimensionamento dos elementos da fundação. Nela estão representadas as cargas originadas de toda a edificação, juntamente com a localização dos pilares que irão transferir essas cargas para a fundação; 
  • Plantas de Formas: Na planta de formas são representadas as formas que serão utilizadas para receber o concreto. É importante atentar para a representação correta dos níveis, para não correr risco de confundir Nível Osso com Nível Acabado durante a execução da obra. 
  • Memorial Descritivo: Deve ser detalhadas as informações relevantes para a caracterização e execução do empreendimento. Como referências normativas, processos executivos; equipamentos e insumos, características construtivas, dentre outros. 

4.1.2 Vantagens e desvantagens do uso de estruturas metálicas 

O método construtivo em estruturas de aço tem suas vantagens em relação aos demais métodos empregados na construção civil. Essa estrutura incorporada ao projeto de edificação traz muitas vantagens para uma edificação.  

As vantagens do uso de estruturas metálicas segundo Inaba (2021) são; 

Vantagens 

  • Liberdade no Projeto de Arquitetura: A tecnologia do aço permite ao arquiteto total liberdade criadora permitindo a elaboração de projetos arrojados e de expressão arquitetônica marcante. 
  • Maior área útil: As seções dos pilares e vigas de aço são substancialmente mais esbeltas do que as equivalentes em concreto, resultando no melhor aproveitamento do espaço interno e aumento da área útil, fator muito importante principalmente em garagens; 
  • Flexibilidade: A estrutura metálica mostra-se especialmente indicada nos casos onde há necessidade de adaptações, ampliações, reformas e mudança de ocupação de edifícios. Além disso torna mais fácil a passagem de utilidades como água, ar condicionado, eletricidade, esgoto, telefonia, informática, dentre outros; 
  • Compatibilidade com outros materiais: O sistema construtivo em aço é perfeitamente compatível com qualquer tipo de material de fechamento, tanto vertical como horizontal, admitindo desde os mais convencionais como tijolos e blocos, até componentes pré – fabricados como as lajes e painéis de concreto, painéis drywal e etc.; 
  • Menor prazo de execução: A fabricação da estrutura em paralelo com a execução das fundações, a possibilidade de se trabalhar em diversas frentes de serviços simultaneamente, a diminuição de formas de escoramento e o fato da montagem da estrutura ser afetada pela ocorrência de chuvas, pode levar até 40% no tempo de execução quando comparado com processos convencionais; 
  • Racionalização de materiais e mão de obra: numa obra através de processos convencionais, o desperdício de materiais pode chegar a 25% em peso. A estrutura metálica possibilita a adoção de sistemas industrializados, fazendo com que o desperdício seja sensivelmente reduzido; 
  • Alívio de carga nas fundações: Por serem mais leves, as estruturas metálicas podem reduzir em até 30% o custo das fundações; 
  • Garantia de qualidade: A fabricação de uma estrutura metálica ocorre dentro de uma indústria e conta com mão – de obra altamente qualificada, o que dar ao cliente a garantia de uma obra com qualidade superior devido ao rígido controle existente durante o processo industrial; 
  • Organização do canteiro de obras: Como a estrutura metálica é bem estruturada, há uma melhor organização do canteiro devido entre outros a ausência de grandes depósitos de areia, brita, cimento, madeira e ferragens, reduzindo também o inevitável desperdício desses materiais. O ambiente limpo com menor geração de entulho, oferece ainda melhores condições de segurança ao trabalhador contribuindo com a redução de acidentes na obra. 
  • Reciclabilidade: O aço é 100% reciclável e as estruturas podem ser desmontadas e 
  • reaproveitados; 
  • Preservação do meio ambiente: A estrutura metálica é menos agressiva ao meio ambiente pois além de reduzir o consumo de madeira na obra diminui a emissão de material particulado e poluição sonora geradas pelas serras e outros equipamentos destinados a trabalhar com a 
  • madeira; e 
  • Precisão construtiva: Enquanto nas estruturas de concreto a precisão é medida em centímetros, numa estrutura metálica a unidade empregada é o milímetro. Isso garante uma estrutura perfeitamente aprumada e nivelada, facilitando atividades como o assentamento de esquadrias, instalação de elevadores bem como redução no custo de materiais de revestimento. 
  • Desvantagens 
  • Segundo Pereira (2019), as desvantagens das estruturas metálicas são: 
  • Por possuir sessões mais esbeltas deve se ter maior preocupação com a flambagem de peças comprimidas.; 
  • Maior vulnerabilidade em episódios de ventos fortes. Não é difícil observar estruturas metálicas contorcidas após esses ventos climáticos; 
  • Comportamento ao fogo exige maiores cuidados em função da dilatação térmica e perda da capacidade resistente. Em condições normais, seções de concreto armado estão mais protegidas, inclusive pelo fato de o cobrimento não ser inflamável.  O plano contra incêndio deve contemplar a condição de estrutura metálica bem como o projeto arquitetônico pode prever a proteção de vigas e pilares metálicos por meio de materiais incombustível, pintura intumescente., etc. 
  • O ruído gerado ou as vibrações como em mezaninos, pode ser incômodo ao usuário de edificações; 
  • Vulnerabilidade a corrosão: principalmente sem manutenção de sistemas protetivos, tais como pinturas e galvanização; e 
  • Por requerer mão de obra treinada e especializada, é comum falhas executivas na concepção estrutural.de elementos, podendo ocorrer danos a edificação. 

4.1.3 Custo e Benefício  

Apesar do custo mais alto comparado a outros métodos de estruturas, o sistema construtivo em estruturas metálicas é vantajoso, pois tem se tornado vantajoso a longo prazo, devido sua rapidez na entrega de obras, menos desperdícios de materiais e gerar menos entulhos, visto que estes são fatores que influenciam na economia a longo prazo. 

A estrutura metálica é um material em si mais caro que os materiais convencionais, entretanto tem uma análise geral de custo benefício da obra, e se faz ser um método construtivo mais barato devido ao menor tempo demandado para efetuar a obra. (SCHAFER,2020). 

Ainda segundo Schafer (2020), além de da fundação de estruturas metálicas serem mais baratas e reduzir os custos com entulhos, a rapidez na entrega da obra os usos das estruturas metálicas podem apresentar melhor custo benefício para os clientes que usarão o espaço comercialmente, já que o retorno do investimento pode ser mais rápido. 

4.2 Patologias nas estruturas metálicas 

O termo patologia é historicamente conhecido como sendo atrelado a ciência médica, todavia, há várias décadas esse termo tem sido empregado em outras áreas como a área de obras civis, sempre atrelado ao estudo de doenças e danos de algo ou de alguém. (BOLINA et.al 2019). 

Bolina (2019), diz que a patologia das construções é a ciência que de forma sistemática procura estudar nos materiais e na edificação como um todo, buscando diagnosticar as origens e a evolução do processo patológico e das suas formas de manifestação., muitas vezes pode ocorrer de não serem identificadas ou interpretados incorretamente.  

De acordo com Neto e Cunha (2020), as patologias podem ser classificadas em: 

  • Adquiridas:  são as patologias causadas por elementos externos na superfície do aço, como por exemplo, os gases líquidos, vibrações excessivas, umidade, dentre outros fatores. Estas patologias estão relacionadas com a falta de manutenção ou falha nos projetos, ou ainda falta de galvanização e pintura. 
  • Transmitidas: são aquelas causadas por vício construtivo ou a falta de conhecimento da equipe de montagem. 
  • Atávicas: são patologias oriundas por falha de cálculo ou dimensionamento dos elementos estruturais. 

As patologias em estruturas de aço, estão de modo geral ligadas ao processo corrosivo, mesmo não sendo identificadas podem ocorrer em locais que receberam solda, em parafusos, e ligações. Esses pontos podem levar a estrutura ao colapso. (BOLINA et. al. 2019). 

O autor desta termos e conceitos utilizados nas patologias da construção: 

a) Manifestação patológica: são problemas visíveis ou observáveis, indicativos de falhas do comportamento normal. As patologias são as fissuras, trincas, manchamentos deformações e mofo. 

b) Fenômeno: é a raiz do problema, na qual se deve focar para solução. Patologia: corrosão, eflorescência e recalque, 

c) Inspeção: é o cheque- um, quando o patólogo avaliar seu paciente, aprovando a condição ou solicitando novos exames ou ensaios.

Patologia das construções: avaliar a estrutura regularmente ou quando houver um fato extraordinário de interesse. 

d) Anamnese: é o estudo dos antecedentes, nessa etapa, deve-se escutar os usuários e pacientes o que estão sentindo. Patologias: conversa com síndico e moradores antigos, análise de projeto e verificação do estado dos prédios vizinhos. 

e) nsaios não destrutivos: são ensaios/ exames, que não danificam o paciente. Patologia: esclerometriia, pacometria e ultrassom. 

f) Ensaios semidestrutivos: são ensaios, exames que causam pequenos danos ao paciente. Patologias: extração de corpos de prova pull- out. 

g) Diagnóstico: é a explicação e os esclarecimentos das origens, mecanismo, sintomas e agentes causadores do fenômeno ou problema patológico. Patologias: corrosão, eflorescência e recalque. 

Segundo Neto e Cunha (2020), depois dos sintomas analisados e identificados a existência de inconformidades e as causas prováveis, é determinado um plano de ação para que seja realizado um estudo minucioso para traçar uma estratégia de solução.  
Bolina et al. (2019), após as análises são feitas as manutenções e estas manutenções segundo autor são: 

a) Manutenção preventiva; é a intervenção que visa preservar o desempenho da edificação em algum momento da sua vida útil, evitando deflagração de anomalias. As intervenções ou as manutenções preventivas são realizadas antecedentes ao surgimento das falhas de forma a preveni-las. Consiste na substituição de peças ou na renovação dos sistemas de proteção, seguindo uma periodicidade. 

b) Manutenção corretiva; é a intervenção que visa corrigir um elemento ou sistema de falha ou desempenho menor que o esperado. 

c) Manutenção preditiva: é a manutenção que toma como base o acompanhamento dos parâmetros ou do desempenho de um elemento ou sistema que recebe monitoramento contínuo. Esta deve ser elaborada de forma sistematizada fazendo uma análise minuciosa dos resultados coletados ao longo do tempo para a tomada de decisão. 

4.2.1 Tipos de Corrosão 

 A principal manifestação patológica nas estruturas do aço é a corrosão. A corrosão pode ser definida, de acordo como sendo a tendência espontânea do metal produzido de reverter ao estado original, de mais baixa energia livre. Ou seja, a deterioração de propriedades que ocorre quando um material reage com o ambiente. (PANNONI,2015). 

Pfeil (2010), diz que a corrosão é um processo de reação do aço com alguns elementos que estão presentes no ambiente ao qual o aço está exposto, neste caso o aço sofre perda de seção causado pela corrosão o que constitui a causa principal do colapso.  

 Segundo Pannoni (2015), a corrosão pode ocorrer de várias formas, e a sua classificação também pode ser feita por exemplo através da aparência do metal corroído. Os fenômenos da corrosão envolvem uma variedade de mecanismos e estes podem ser reunidos em quatro grupos:  

  • Corrosão em meios aquosos (90%); 
  • Oxidação e corrosão quente (8%); 
  • Corrosão em meios orgânicos (1,8%); 
  • Corrosão por metais líquidos (0,2%) Segundo Moura (2019) os tipos de corrosão mais conhecidos são: 

a) Corrosão generalizada; a corrosão generalizada   é um dos tipos de desgastes mais comuns nas estruturas das construções atmosféricas, ocorre pela formação de camadas de produtos de corrosão em toda extensão do metal exposto ao ambiente, geralmente atinge grandes áreas de uma estrutura das construções, a maioria dos metais e ligas metálicas sofre corrosão generalizada. 

b) Corrosão localizada (por Pite): a corrosão por pite costuma ocorrer em metais passíveis, manifestando-se pela formação de furos no metal, gerando esse tipo de corrosão é provocado por ânions cloreto, hipoclorito e brometo. Os cloretos são os maiores responsáveis pela corrosão por pite. 

c) Corrosão localizada: (em frestas). Geralmente a corrosão em frestas acontece em uma área localizada e acomete os metais mais resistentes como titânio, alumínio e aços inoxidáveis também podem ocorrer em metais menos resistentes, expostos em ambientes oxidantes ou passivantes. As frestas são formadas por utilização de parafusos, juntas sobrepostas.; 

d) Flambagem local ou global: causadas pelo uso de modelos estruturais incorretos para a verificação da estabilidade ou deficiência de enrijecimento local de chapas, ou efeitos de imperfeições geométricas não consideradas no projeto e cálculo

e) Corrosão galvânica: este é o tipo de corrosão encontrado principalmente em estruturas expostas a ambiente marinho. É caracterizada por um processo eletroquímico que normalmente ocorre entre metais ou duas ligas metálicas dissimilares conectadas eletronicamente e em contato com o meio corrosivo. A ocorrência e intensidade do processo depende de outros fatores da condutividade do meio e potencial de corrosão. 

f) Corrosão excessiva: é a corrosão causada sobre cargas ou efeitos técnicos não previstos no projeto original, ou ainda por disposição e travejamento. 

As imagens abaixo mostram alguns tipos de corrosão causadas em estruturas em aço:  

Figura 7 – Imagem de corrosão do aço estrutural (viga) 

Fonte: https://www.coplas.com.br/corrosao-emarmaduras-causas-e-metodos-de-prevencao/ 

Figura 8 – Imagem de corrosão em Ponte 

Fonte: https://www.asope.com.br/singlepost/2018/03/20/8-tipos-de-corrosao-em-estruturasmetalicas 

4.2.2 Prevenção das patologias 

Para evitar todos esses tipos de corrosão do aço e de todos os elementos estruturais, deve-se passar por um processo de manutenção e prevenção de patologias decorrentes do uso e do tempo. (MOURA 2019). 

Segundo Maringoni (2018), para proteger o aço, precisa levar em conta fatores como agressões do meio, escolha do material para a pintura, galvanização das peças, sua fixação e interfaces com demais elementos estruturais. 

De acordo com Maringoni há quatro formas comprovadas que podem ser adotadas para a prevenção das patologias: 

  • Substituir o material metálico por outro tipo mais resistente; são materiais mais resistentes a agressividade do meio de exposição ou que apresente taxa de corrosão pouco significativa. 
  • Modificar o meio de exposição que o material está presente; usualmente em restrito a sistemas fechados, já que o meio pode ser condicionado com controle de PH ou da adição de inibidor de corrosão. 
  • Interpor barreiras entre o meio e o metal: Em geral feito graças ao seu revestimento superficial, com material orgânico como pintura epóxidica ou poliuretânicas ou orgânico como revestimento metálicos, 
  • Aplicar um potencial externo: para a redução do potencial eletroquímico do sistema metal/meio para valores mais negativos do que o potencial natural de corrosão do sistema, reforçando sua imunidade contra a corrosão ou reduzindo a uma taxa de estruturas metálicas enterradas ou imersas em água do mar, por exemplo, certamente é a forma mais eficaz. 

A proteção contra a corrosão dos aços expostos ao ar é usualmente feita por pintura ou por galvanização. A vida útil da estrutura de aço protegida por pintura, depende dos procedimentos adotados, na etapa de limpeza das superfícies, especificação da tinta e de sua aplicação. (PFEIL, 2010). 

Segundo Pfeil (2010), na galvanização o processo é feito por imersão de uma camada de zinco no aço após a limpeza. Mas para que o aumento da vida útil do aço seja realmente eficaz é necessário evitar: pontos de umidade e sujeira, promover a drenagem e aeração, evitar pontos inacessíveis a pintura e a manutenção e também evitar contato entre metais diferentes.   

Figura 9 – Aço estrutural corrosivo

Fonte:https://www.manutencaoemfoco.com.br/corrosao-de-metais-o-papel-da-manutencao-na-prevencao/

É importante destacar que não basta ter um o melhor esquema de pintura definido. O preparo da superfície a ser pintada é um fator determinante para o bom desempenho do sistema. Durante a execução a superfície deve estar limpa, isenta de pó, óleo, e a umidade do ar não deve estar menor que 85%. (INABA, 2021). 

Figura 9 – Pintura de estrutura metálica 

Fonte: https://metalica.com.br/construcoes-metalicas-ouso-do-aco-na-construcao-civil-4/ 

5 – ANÁLISE COMPARATIVA 

A análise comparativa proposta no presente trabalho está baseada na pesquisa de outros autores, com relação a peso, custos, tempo de entrega, e dimensionamento de estruturas metálicas. Assim pode-se fazer a análise comparativa entre estruturas metálicas e estrutura de concreto armado e análise entre estruturas metálicas e estruturas mistas.  

5.1 Análise comparativa entre estruturas metálicas e estruturas mistas de aço e concreto 

 A partir do estudo dos autores Ornelles e Vieira (2019), intitulado: Análise Comparativa entre Pilares metálicos e Mistos Aço e Concreto Aplicados em Edifícios de Múltiplos Andares.  O trabalho desenvolvido pelos autores teve como objetivo a comparação de pilares de estruturas mistas de aço e concreto com pilares de estruturas metálicas. Para analisar as possíveis reduções na taxa de aço e apontar se há a aplicabilidade ou não dos pilares mistos na estrutura.  

  O modelo adotado pelos autores, foi uma edificação de 30 pavimentos, contendo em sua planta baixa didática, dois apartamentos por andares, as dimensões internas do ambiente, são as utilizadas atualmente em empreendimentos verticais.   

O edifício estudado apresenta 50 unidades habitacionais distribuídos em 29 pavimento, cada pavimento do edifício contém uma área total de 165, 50 m² e cada residência com 75,53 m²A figura abaixo mostra a planta adotada pelos autores. 

Figura 10 –  imagem planta  

Fonte: https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/26250/1/An%C3%A1liseComparativaEntre.pdf 

Segundo Omelles e Vieira (2019), a resistência do concreto empregado em todos os modelos foi de Mpa para vigas e pilares mistos. As lajes todas maciças de concreto armadoras vigas foram dimensionadas como vigas mistas para a ligação entre os apoios dos pilares e as barras de ancoragem foi utilizado engates. Para os perfis de aço utilizados foram os laminados “W” e “HP”. 

 A estrutura foi contraventada nos eixos “C”, “D” e “5” para delimitar a deformação na direção horizontal, as seções foram compostas de perfil U enrijecido paredes de concreto. A largura da mesa foram de todas as vigas mistas foi calculada de acordo com a norma brasileira ABNT NBR8800/2008. A figura abaixo mostra os eixos contraventados. 

Para analisar os resultados, os autores escolheram três pilares, sendo: um pilar de canto; um pilar de extremidade e um pilar intermediário que de um modo geral representam toda a estrutura. De acordo com Omelles e Vieira, o estudo foi dividido em dois modelos: o modelo I, feito com pilares mistos e metálicos, já o modelo II foram considerados pilares mistos e vigas mistas.  

O dimensionamento de ambas estruturas foi realizado com o auxílio do programa computacional STRAP, versão 2009.  O dimensionamento dos pilares mistos com do modelo II, o programa STRAP apresentou falhas em seu processamento interno, pois o programa considera os efeitos da flexão atuando no perfil do aço mostrando que os pilares ficaram superdimensionados.  Já os perfis do modelo I perfis metálicos mostram os perfis dimensionados para os pilares analisados. 

Com relação ao peso total dos pilares P1, P2 e P3, o modelo I estruturas metálicas apresentou um peso total de 193.234 kg de aço, sendo que o peso do aço empregado nos pilares foi de 122. 199 kg. Já o modelo II, apresentou 136. 655 kg de aço, sendo 77.604 kg o peso do aço nos pilares. 

Na análise comparativa de Omelles e Vieira (2019), entre modelos I e II, provou-se que a efetiva redução da taxa de aço pontual e global foi a estrutura do modelo misto, que chegou a redução de 70% em alguns trechos e 45% no total da estrutura. Já a estrutura metálica apresentou- se mais dimensionada. 

5.1.2 Análise comparativa entre estrutura metálica e concreto armado 

A análise deste item foi realizada a partir do trabalho realizado por Agonilha e Carvalho (2018), com o tema Comparação entre método construtivo de concreto armado e estruturas metálicas: o estudo de caso de dois projetos com dois pavimentos em São Gonçalo do Sapucaí. O objetivo do trabalho dos autores é analisar os projetos apontando os pontos positivos de cada método construtivo e fazer a comparação de custo, tempo de construção e peso da estrutura. 

Os autores fizeram sua análise comparativa em uma obra já construída. A obra possui 400m, o projeto de estruturas metálicas da obra utilizou-se software metálico 3D 2014. Já os projetos em concreto armado foram utilizados os softwares Cype,Cad e AutoCad e Ftool, os softwares foram utilizados para auxiliar nos cálculos. 

O projeto segundo os autores têm fins de comparação de preço, peso, além do orçamento. Os autores analisaram também o tempo de construção, vãos livres em cada tipo de construtivo e a organização do canteiro de obras. Portanto o trabalho teve fins de comparação para a tomada de decisão do método mais indicado para a obra estudada. 

De acordo com Agonilha e Carvalho, os dados levantados com empresa responsável: a parte estrutural da obra foi feita em aço, e os materiais levaram 7 dias para chegar na obra, levando vinte e três dias após a entrega dos materiais para a estrutura ficar montada e soldada. O valor final desta etapa segundo os autores foi de R$ 40.000, 00. 

No projeto de estruturas metálicas o orçamento do concreto usinado ficou no valor de R$ 12.828,40, as ferragens o valor de R$ 17.204,60. Mão de obra, escoras R$ 57.600,00. O tempo de execução das vigas foram gastos 60 dias e mais 28 dias para retirar as escoras. 

Com relação ao tempo de execução, os autores descreveram que o projeto de estruturas metálicas levou 30 dias para ser executado, e o projeto de concreto armado utilizou 98 dias para ser concluído. Com relação ao peso as estruturas metálicas foram 17.997 kg e concreto armado 122.417 kg. 

No quesito valor total o projeto de estruturas metálicas ficou em R$ 122.426,33, já o projeto em concreto armado ficou no valor de 87.633,00. 

Neste contexto os autores concluíram que com relação aos custos o valor do concreto armado mostrou-se mais vantajoso em relação as estruturas metálicas, sendo que se obteve uma economia de 28,42% em relação a construção metálica, já os pontos negativos com relação concreto armado foi o peso que obteve 85,30% a mais que as estruturas metálicas. Com relação as estruturas metálicas o peso baixo é bem mais vantajoso em relação ao concreto armado, o que traz muitos benefícios por ser um processo mais simples e prático e sustentável. 

6 – RESULTADOS 

 Após a análise percebe-se que com relação ao custo, em um contexto geral as estruturas metálicas, mostrou-se possuir um custo mais elevado em relação aos outros dois tipos estruturais. Porém considerando o fator tempo, as estruturas em aço apresentaram maior nível de eficácia, pois se foi executado em menor limite de tempo para que se fosse concluído o processo executivo em questão, e o seu peso também se demonstrou favorável em relação aos demais. 

 Afim disto, considerando o início da análise, pode-se perceber que mesmo havendo algumas desvantagens, principalmente em relação a questão orçamentária e o gasto do aço, em relação às estruturas mistas. 

 Os métodos construtivos em estruturas metálicas apresentam vantagens em comparação aos dois métodos que se foram analisados no decorrer da pesquisa, pois o seu custo/benefício a longo prazo se torna o mais visível, visto que gera maior economia de tempo, agilidade na entrega da mão de obra, menor utilização da mão de obra e produção de materiais descartados. Fazendo-se assim, com que este sistema construtivo, torna-se mais vantajoso, visto a realização de análise com os demais métodos. 

7 – CONCLUSÃO 

  A elaboração da pesquisa proporcionou que se fosse adquirido um amplo entendimento em relação ao processo construtivo em estruturas metálicas, suas características, e a execução de seus projetos em estruturas de aço. 

 O uso de estruturas metálicas na construção civil está conquistando espaço na realização de projetos arquitetônicos dos empreendimentos modernos, mesmo que em primeiro momento apresenta-se um custo elevado em comparação com outros métodos estruturais. Porém a utilização de estruturas metálicas vêm sendo utilizadas em grande escala. 

 No âmbito da engenharia civil a importância do planejamento do projeto estrutural é imprescindível para que se possa executar o mesmo em seu processo

construtivo, pois o mesmo é uma ferramenta que fornece uma enorme quantidade de informações além de propiciar ao engenheiro projetista melhores condições, para que se possa sanar problemas decorrentes apresentados no projeto. 

 Durante a pesquisa se foi possível ainda, identificar as características do aço, seus principais componentes e as observações de uso em estruturas de aço no processo de execução da obra. Além de demonstrar as vantagens e desvantagens da utilização do mesmo e os cuidados necessários, e sua devida importância em todos os aspectos, para que não ocorra prejuízos e o mesmo possa ocasionar em um colapso na edificação elaborada.  Portanto, conclui-se que o uso de estruturas metálicas é de grande importância no âmbito da construção civil, e apresenta suas respectivas vantagens aos demais métodos estruturais, essas vantagens aliadas aos projetos desenvolvidos por profissionais qualificados. É imprescindível para a execução e entrega de um trabalho moderno, sustentável e o mais importante, de alta qualidade. 

8 – REFERÊNCIAS 

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_____________. NBR 6355: Perfis estruturais de aço formado a frio: elaboração. Rio de Janeiro, 2012. 

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1Paulo Ricardo Reis de Souza. E-mail: paulinhodobel@gmail.com 

2Jean Marcel de Morais. E-mail: marcelcfb12@gmail.com 

3Mestre em Engenharia de Estrutura. E-mail: 400300105@prof.unama.br 
Faculdade de Educação e Cultura de Porto Velho – FAEC-PVH Porto Velho, RO, Brasil