Aula 1 Metálicas 2014-01

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ESTRUTURAS METÁLICASESTRUTURAS METÁLICAS

FACULDADE BRASILEIRA Credenciada pela Portaria/MEC No 259 de 11.02.1999 – D.O.U. de 17.02.1999

ProfProf.. MScMSc.. ElicarlosElicarlos VionetVionet ScaramussaScaramussa CorreiaCorreia

InstituiInstituiçãoção:: MultivixMultivix –– FaculdadeFaculdade BrasileiraBrasileira

TurmaTurma:: 99°° períodoperíodo –– 20142014//0101

CursoCurso:: EngenhariaEngenharia CivilCivil

ESTRUTURAS METÁLICAS

-- ApresentaçãoApresentação;;

-- CaracterísticasCaracterísticas dada disciplinadisciplina;;

--MetodologiaMetodologia dede ensinoensino (Bibliografia(Bibliografia ee notasnotas dede aulas)aulas);;

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��NotasNotas dede AulasAulas ee demaisdemais arquivosarquivos inseridosinseridos nono sistemasistema dadainstituiçãoinstituição (menu(menu publicapublicaçõesções))::

ExEx:: CapCap 33 -- Metálicas_Metálicas_20142014--0101..pdfpdf��NecessidadeNecessidade dede resoluçãoresolução dede exercíciosexercícios parapara fixaçãofixação dodoaprendizadoaprendizado;;


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-- TolerânciaTolerância parapara oo inícioinício dasdas aulasaulas::��11ºº HorHorárioário:: 55 ((cincocinco)) minutosminutos;;��22ºº HorHorárioário:: 1010 ((dezdez)) minutosminutos;;

-- RealizaçãoRealização dede chamadachamada (fechamento(fechamento diário)diário)::��DeDe 55 aa 1010 minutosminutos antesantes dodo términotérmino dada aulaaula

-- CondutasCondutas emem salasala dede aulaaula parapara garantirgarantir oo bombomandamentoandamento dada disciplinadisciplina;;

-- ImportânciaImportância dosdos prépré--requisitosrequisitos dada disciplinadisciplina((ConceitosConceitos dede AnáliseAnálise EstruturalEstrutural II ee ResistênciaResistência dosdosMateriaisMateriais));;


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-- ApresentaçãoApresentação ee comentárioscomentários sobresobre oo planoplano dedeensinoensino;;

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2 - AÇO E PRODUTOS DE AÇO


SUMÁRIO

• Características e Obtenção do aço;• Vantagens da construção em aço;• Desvantagens da construção em aço;• Classificação e Propriedades de Aços Estruturais;• Tipos de produtos de aço;• Principais normas aplicáveis;• Considerações Finais.

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CARACTERÍSTICAS e OBTENÇÃO DO AÇO

• Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com percentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%. Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%.


MATÉRIA-PRIMA

Fig 1 – Minério de ferro Fig 2 – Carvão mineral

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• Em resumo, o processo industrial de obtenção do aço compreende o aproveitamento do ferro contido no minério de ferro, pela eliminação progressiva de impurezas. Na forma líquida, já isento das impurezas do minério, o aço recebe adições que lhe dão as características desejadas, sendo solidificado e preparado para a forma requerida.

• O processo de fabricação do aço pode ser definido em quadro grandes etapas - Processo de produção do aço.wmv - YouTube� preparo das matérias-primas (coqueria e sinterização);� produção de gusa (alto-forno);� produção de aço (aciaria);� conformação mecânica (laminação).


PROCESSO DE FABRICAÇÃO

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Fig 3 – Fluxo de fabricação do aço

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Fig 4 – Coqueria (Preparo do carvão mineral - coque) Fig 5 – Sinterização (Preparo do minério de

ferro – sínter)

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Fig 6 – Alto Forno (Redução: ferro gusa e escória)

Fig 7 – Aciaria (Produto: aço líquido)

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Fig 8 – Lingotamento contínuo (aço líquido para moldes – solidificação)

Fig 9 – Lingotamento contínuo

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Fig 10 – Laminação à quente (redução da seção transversal - tensões residuais)

Fig 11 – Laminação à frio (peças finas e sem tensões residuas)

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VANTAGENS DA CONSTRUÇÃO EM AÇO


� Liberdade no projeto de arquitetura;

� Maior área útil;� Flexibilidade;� Compatibilidade com outros

materiais;� Menor prazo de execução; � Racionalização de materiais e

mão-de-obra;

� Alívio de carga nas fundações; � Garantia de qualidade;� Antecipação do ganho;� Organização do canteiro de obras;� Precisão construtiva;� Reciclabilidade;� Preservação do meio ambiente;

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• Exemplos de construções em estruturas metálicas:

Fig 12 – Edifício de múltiplos andares

Fig 13 – Coberturas

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• Exemplos de construções em estruturas metálicas:

Fig 14 – Ponte JK – Brasília - Estaiada

Fig 15 – Ponte Octávio Frias de Oliveira- São Paulo - Estaiada

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DESVANTAGENS DA CONSTRUÇÃO EM AÇO


� Exige conservação maior que as estruturas de concreto armado;

� Exige especialização da mão-de-obra de montagem no canteiro de obras e eleva o gasto com equipamentos, normalmente alugados ou amortizados pela obra específica;

� Para edificações que são frequentadas por muitas pessoas, necessitando de tempo para evacuar o local, a estrutura de aço exige uma proteção contra incêndio que eleva seu preço. Essa proteção não é, normalmente, exigida em estruturas de concreto armado;

� Atualmente no Brasil, a estrutura de aço, em geral, ainda é mais cara que a de concreto armado para o mesmo fim, principalmente pelos motivos acima citados

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Proteção contra corrosão

• O aço em contato com o meio ambiente tende a se oxidar pela presença deO2 e H2O, começando pela superfície do metal até a sua total deterioração.

• Algumas soluções reduzem ou mesmo eliminam a velocidade da corrosão,entre elas podemos sugerir a utilização de aços resistentes à corrosãoatmosférica, aplicação de zincagem e tratamento (limpeza e primer) e pintura.



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Proteção contra corrosão

• Algumas providências adotadas no projeto contribuem para o aumento da durabilidade da estrutura de aço exposta às intempéries, tais como evitar pontos de umidade e sujeira, garantir a drenagem e aeração e evitar locais inacessíveis à manutenção e pintura.



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Proteção contra incêndio

• O aço quando atacado pelo fogo apresenta resistência reduzida e umaredução brusca do seu estado limite de escoamento a partir de 400°C, atingindovalores críticos em temperaturas em torno de 550°C.

• A proteção contra incêndio é definida como medidas tomadas para a detecçãoe controle do crescimento do incêndio e sua conseqüente contenção ouextinção. Essas medidas dividem-se em sistemas ativos e passivos deproteção;



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CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES DOS AÇOS ESTRUTURAIS


A tabela a seguir apresenta as características de alguns aços estruturais:

Fig 16 – Curva tensão x deformação do aço

Tabela 1 – Resistências mecânicas de aços estruturais Descrição fy

(MPa)fu

(MPa)MR 250 (ASTM A-36) 250 400AR 290, Grau 42 (ASTM A-572)

290 415

AR 345, Grau 50 (ASTM A-572)

345 450

AR-COR 345 (ASTM A-588)

345 485

σσσσ (Mpa)

εεεε (mm/m)

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CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES DOS AÇOS ESTRUTURAIS


A tabela a seguir apresenta as propriedades mecânicas de aços estruturais:

Tabela 2 – Constantes Físicas Descrição Valor

Módulo de elasticidade longitudinal (E) 205 GPaMódulo de elasticidade transversal (G) 78,85 GPaCoeficiente de Poisson (n) 0,3Massa específica (r) 7850 kg ⁄ cm2

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TIPOS DE PRODUTOS DE AÇO


Classificação quanto ao processo de fabricação:

Fig 17 – Perfis laminados e soldados

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Classificação quanto à forma da seção transversal:

Fig 18 – Série de Produtos laminados

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Especificação dos produtos de aço:

• Barras redondas → Ø 10 (mm);

• Barras quadradas → 20 (mm);

• Chapas → CH 12,5 (mm);

• Cantoneiras → L 127 x 127 x 9,5 ou L 127 x 89 x 9,5 (mm);

• Perfil U ou C → C 203 x 17,1 (mm x kg ⁄ m);

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Especificação dos produtos de aço:

• Perfis I ou H laminados:

• I ou H padrão americano → I 254 x 37,8 (altura total x massa);

• I padrão europeu → IP 270 (altura total);

• H padrão europeu → HPL 320, HPM 320 e HPP 320 (altura total);

•Perfis I ou H soldados:

• VS (viga soldada), CVS (coluna-viga soldada) e CS (coluna soldada);

• VS 600 x 95 (altura total x massa).

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Perfis de chapa fina conformados à frio: espessuras ≤ 5mm

Fig 19 – Série de perfis conformados à frio ou Perfis leves

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Construções com Perfis de chapa fina conformados à frio(Light Steel Frame):

Fig 20 – Obra em light steel frame27

Fig 21 – Detalhes construtivos

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Vigas Mistas

Fig 22 – Comportamento de Vigas Mistas

P

a) Viga Fletida sem Ação Mista b)Viga Fletida com Ação Mista

P

P

P

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Obras e detalhes construtivos

Fig 23 – Laje em steel deck

Vigas Mistas e laje steel deck

Fig 24 – Instalação dos conectores de cisalhamento

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PRINCIPAIS NORMAS APLICÁVEIS


• NBR 6120 – Cargas para cálculo de estruturas de edificações;

• NBR 6123 – Forças devidas ao vento em edificações;

• NBR 8800 – Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (Métodos dos Estados Limites - 2008);

• NBR 14323 – Dimensionameto de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio

• NBR 14432 – Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações – procedimento.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

A) Arquitetura;

B) Projeto Estrutural;

C) Detalhamento;


Fig 26 – Projeto Estrutural

FASES NA CONSTRUÇÃO DE UMA OBRA EM ESTRUTURAS DE AÇO

Fig 25 – Arquitetura

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D)Fornecimento e Fabricação;

E) Limpeza e Proteção;

F) Transporte;

G) Montagem;

H) Proteção - fogo.


Fig 28 – Transporte e montagem

FASES NA CONSTRUÇÃO DE UMA OBRA EM ESTRUTURAS DE AÇO

Fig 27 – Limpeza (jateamento)

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• A presença hoje do aço na construção civil está fortemente associada àmodernização da tecnologia. A substituição de sistemas estruturaisconvencionais pelas estruturas de aço corresponde a uma mudança dosistema artesanal tradicional para a industrialização, com benefíciosnotados em todas as etapas da obra.


Fig 29 – Obras em aço

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto e execução de estruturas de aço deedifícios. Procedimento. NBR 8800. Rio de Janeiro, 2008.

- AZEVEDO, M. S. FERREIRA, W. G. E CORREIA, E.V.S. Estrutura de aço em situação de incêndio com e sem proteção. Revista Engenharia, Ciência & Tecnologia. Vitória, v.07, n.04, p.35 – 44, 2004.

- BELLEI, I. H.; PINHO, F. O.; PINHO, M. O. Edifícios de Múltiplos andares em aço. 1. ed. SãoPaulo: Pini, 2004.

- FAKURY, R. H. Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio.Revisão 1. Trabalho produzido especialmente para o Núcleo de Excelência em Estruturas Metálicas eMistas (NEXEM), UFMG, Março, 2000.

- FERREIRA, W. G. Dimensionamento de elementos de perfis de aço laminados e soldados. 2. ed. Vitória: Grafer, 2004.

- PFEIL, Walter. PFEIL, Michele. Estruturas de aço: dimensionamento prático. 6 Ed. Rio de Janeiro:LTC - Livros Técnicos e Científicos S.A., 1995.


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