AULA 1 Tudo - · PDF file• 4 - DIMENSIONAMENTO DE LIGAÇÕES EM ESTRUTURAS METÁLICAS: Ligações com solda. Ligações com parafusos comuns

ESTRUTURAS METÁLICAS

• Disciplina: Projeto e dimensionamento de estruturas de aço em perfis soldados e laminados.

• Curso: Especialização em Engenharia de Estruturas

• Professor: Carlos Eduardo Javaroni

Mini Currículo

• Graduado em Engenharia Civil. EESC/USP;

• Doutor em Engenharia de Estrutura – Área de Estruturas Metálicas;

• Professor Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Unesp, campus de Bauru.

Objetivos• Gerais

– Fornecer ao aluno os conhecimentos básicos sobre concepção, análise e dimensionamento de elementos de estruturas metálicas.

• Específicos– Dimensionamento de estruturas metálicas

constituídas por perfis laminados e soldados, atendento os requisitos básicos estabelecidos pela NBR 8800:2008

Conteúdo programático• 1- INTRODUÇÃO: Aços estruturais e suas propriedades. Tipos de

perfis e chapas de aço. Aplicação das estruturas de aço na construção civil. Normas e especificações empregadas

• 2- AÇÕES E COMBINAÇÃO DAS AÇÕES: Ações permanentes, variáveis e acidentais. Combinações para os estados limites últimos. Combinações para os estados limites de utilização.

• 3 - DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS DAS ESTRUTURAS DE AÇO: Elementos simples e compostos solicitados à tração e àcompressão. Treliças, colunas, pendurais e escoras. Elementos solicitados à flexão simples: vigas não esbeltas e vigas esbeltas. Vigas mistas aço-concreto. Elementos solicitados à flexão oblíqua. Elementos solicitados à flexão composta.

• 4 - DIMENSIONAMENTO DE LIGAÇÕES EM ESTRUTURAS METÁLICAS: Ligações com solda. Ligações com parafusos comuns. Ligações com parafusos de alta resistência. Solicitações em soldas e parafusos. Emendas em vigas. Ligações com concreto. Disposições construtivas.

Referências Bibliográficas

• Normas Brasileiras:• NBR 8800/2008: Projeto e execução de estruturas de aço e de

estruturas mistas aço-concreto de edifícios;• NBR 8681/2004: Ações e seguranças nas estruturas.

• Livros:

• PFEIL, W; PFEIL, M. Estruturas de aço – Dimensionamento prático. LTC. 2009.

• BRAGANÇA PINHEIRO , A. C. F. Estruturas metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. São Paulo: Edgard Blücher, 2001.

• DIAS, L. M. A. Estruturas de aço – Conceitos, Técnicas e Linguagem. Zigurate Editora. 1997.

Referências Bibliográficas• http://www.cbca-ibs.org.br/

Referências Bibliográficas

Aço:Liga metálica composta basicamente de ferro (98%) e carbono, com adições de outros elementos (silício, maganês, fósforo e etc.) que melhoram determinadas propriedades do aço.

Resistência

MecânicaDuctilidade

Soldabilidade

Teor de CarbonoTeor de Carbono

mmááx 0,3%x 0,3%

Aço carbono

Aço baixa liga

O Material Aço

Minério de Ferro Calcário Carvão Coque

ALTOFORNO

FERRO GUSA

AÇO

CHAPAS E PERFIS

O Material AçoObtenção do aço.

O Material AçoObtenção do aço.

Classificação geral dos aços

O Material Aço

• Aços Carbono (Média Resistência)

• Aços de Alta Resistência e Baixa Liga

• Aços Tratados Termicamente

• Aços Resistentes ao Fogo

A resistência é garantida pela adição de elementos de liga em baixos teores residuais admissíveis.

Classe do Aço

Fu (MPa)

Principais Aplicações

Baixo Carbono (C até 0,30%)

< 440 Pontes, Edifícios, tubos e estruturas

mecânicas.

Médio Carbono (0,30%<C<0,50%)

440 a 590 Estruturas de navios e vagões.

Estruturas mecânicas e equip. agrícolas.

Alto Carbono (C>0,50%)

590 a 780 Peças mecânicas, trilhos e rodas

ferroviárias. Equipamentos agrícolas.

Aços carbono:

EX.: ASTM A-36, NBR 6648/CG-26 (soldados), ASTM A-570 (P.F.F.)

O Material Aço

• São aços carbono acrescidos de elementos de liga, que

aumentam a resistência à tração e melhoram as propriedades mecânicas do aço.

• Apresentam tensão de escoamento entre 280 e 490 MPa.

Adição de Cr, Cu, P, Si, Mn, Ni,

Alta resistência mecânica

Alta resistência a corrosão

Alta resistência ao fogo

Aços baixa liga:

O Material Aço

Aços baixa liga e alta resistência a corrosão:

Adi

ção

de C

r, C

u, A

l, N

i, V

EX.: USI-SAC300, COS-AR-COR 500, ZAR 280, ASTM A-242

Esses aços, quando expostos a intempéries, desenvolvem em sua superfície uma camada de óxido aderente que funciona como barreira protetora. São os chamados aços patináveis

O Material Aço

Aços baixa liga e alta resistência ao fogo:Modificação na composição química dos aços de alta resistência mecânica.

Propriedades mecânicas do USI-FIRE 490

Temperatura ambiente 600 oCEspessura

(mm) fy (MPa) fu(MPa) fy / fu Al (%) fy (MPa)

9,5 401 600 22 0,66 310

22,4 364 585 21 0,62 288

O Material Aço

Comportamento sob altas temperaturas

fy

fu

E

E,f

T (oC)

o 95 250 430 650 870

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

Diagrama tensão x deformação

com patamar de escoamento definido

sem patamar de escoamento definido

fy

fu

E

f

f

fufy

fp

Propriedades do Aço

fu – limite de resistência à tração do aço.fy – limite de resistência ao escoamento do aço.fp - tensão de proporcionalidade.E – Módulo de Elasticidade do aço.

Ensaio de tração

O Material Aço

Constantes físicas:

Mpaf y 450 8,1y

u

ff

Propriedades do Aço

Massa específica.............................. =77 kN/m3Módulo de elasticidade.....................E=205000 MpaMódulo de elasticidade transversal...G=78850 MpaCoeficiente de Poisson......................=0,3Coeficiente de dilatação térmica......=12x10-6/0C

Produtos de aço para estruturas

• Chapas: Elementos planos, obtidos por laminação a quente ou a frio.

• Chapas


• Perfis Estruturais em Aço: Elementos de barra, obtidos por laminação, solda ou dobramento a frioSemelhanças nas formas da seção transversal, diferentes aplicações.

Quanto à fabricação:• Perfis soldados;• Perfis laminados; • Perfis formados a frio (chapa dobrada).


NBR 8800

NBR 14762

• Perfis Laminados:

Produtos de aço para estruturasProdutos de aço para estruturas

• Perfis laminados:Obtidos diretamente dos laminadores das

siderúrgicas. Estão disponíveis no mercado em forma de I, H, U e L.

Utilização variadaLimitações dimensionaisDificuldades nas ligações (Padrão americano)Elevado fator peso/inércia (Padrão americano)


I 254 x 37,7kg/mI 10” x 37,7kg/m

L50x50x3,0L50x3,0

2L50x3,0

U 203x 17,1kg/mU 8”x 17,1kg/m

Primeira alma Primeira alma


• Perfis laminados: Especificações padrão americano

IP

HPLHPP

HPM

• Perfis abas paralelas: Especificações padrão americano


•Pe

rfis

Ger

dau

Açom

inas


• Perfis soldadosObtidos através da soldagem de várias chapas.

Estão disponíveis no mercado em forma de I. Outras seções são possíveis. São “perfis pesados”.

Séries ExistentesVS altura/largura 4

CS altura/largura = 1

CVS 1 < altura/largura 1,5


Tabelas de perfis soldados

• Perfis formados a frio: Obtidos pelo dobramento de chapas em temperatura ambiente.


Tipo de Aço Propriedades Aplicações

ASTM A-36 É o tipo mais comum de aço

carbono, possui fy = 250 MPa e

fu = 400 a 500 MPa

É aplicado em estruturas em geral sob a forma de perfis e

chapas

ASTM A-307

Aço com baixo teor de carbono com

fu = 415 MPa

Fabricação de parafusos comuns

ASTM A -325

Aço com teor de carbono moderado que recebe

tratamento térmico para aumento da resistência, possui fy = 635 MPa e fu = 825 MPa

Fabricação de parafusos de

alta resistência

ASTM A-242

Aço de baixa liga com fy de 290 a 350 MPa

É aplicado em estruturas em geral, e estruturas em

ambientes agressivos. É fabricado sob a forma de

perfis e chapas

Principais tipos de aços estruturais

Tipo de Aço Propriedades Aplicações

CORTEN A e CORTEN B

Aços tipo ASTM A-242 fabricados pela CSN

fy = 350 MPa fu = 490 MPa

Mesmas aplicações do aço

ASTM A-242

CORTEN C

Aço tipo ASTM A-242

fabricado pela CSN

fy = 420 MPa

fu = 560 MPa


ASTM A-242

SAC – 350

(SAC – 50)

Aço semelhante ao CORTEN A

e B, porém fabricado pela

USIMINAS


ASTM A-242 e do CORTEN

Principais tipos de aços estruturais

Principais tipos de aços estruturaisPrincipais tipos de aPrincipais tipos de açços estruturaisos estruturais

Tipo do Aço Propriedades Aplicações

SAC – 300 (SAC – 41)

Aço fabricado pela USIMINAS de média resistência mecânica (maior que o ASTM A-36 porém

menor que o SAC - 50)

Mesmas aplicações do aço ASTM A-242 e do CORTEN

COS-AR-COS 500

Aço de alta resistência e baixa liga resistente à corrosão. Fabricado pela COSIPA


COS-AR-COS 400

Aço de média resistência e baixa liga resistente à corrosão. Fabricado pela COSIPA

Possuem resistência mecânica melhor que o ASTM A-36 porém

inferior ao COS-AR-COS 500


AÇOS ESTRUTURAIS – Especificações no Anexo A da NBR 8800:2008

Obras em aço

OBRAS EM AÇO

Quadra esportiva

OBRAS EM AÇO

Cobertura

OBRAS EM AÇO

Galpão REVAP/Petrobras

OBRAS EM AÇO

Galpão Processos

OBRAS EM AÇOEdíficios Centro Empresarial Aeroporto (Porto

Alegre)

OBRAS EM AÇOWTORRE – Av. Nações Unidas (SP)

OBRAS EM AÇOFábrica de cosméticos (Ipel)

PONTES - PASSARELASPonte Rodoferroviária sobre o Rio Paraná (SP/MS)

Viaduto - Osasco

OBRAS EM AÇO

Ponte sobre o Lago Sul (Brasília)

Terminal Rodoviário - Jaú

OBRAS EM AÇO

Ginásio Poli-esportivo – MaríliaOBRAS EM AÇO

Ginásio Poli-esportivo – MaríliaOBRAS EM AÇO

ResidênciasOBRAS EM AÇO

AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS


• NBR 8681:2004 – Fixa as condições de segurança para as estruturas usuais.

• Método dos estados limites: Estados limites últimos e Estados Limites de serviço.

• Genericamente: dd RS


• : Efeito das ações e : Resistência da estrutura

dS dR


• Resistência: aptão do material de suportar tensões.

• Resistência Característica;

• Resistência de cálculo.


• Conceito de ação;

• Tipos de ações – valores nominais;

• Combinação das ações – valores de projeto.– Para estados limites últimos;

m

i

n

jQefjqjQqGgd kjkkii

FFFF1 2

,01 ,,1,..


• Combinação das ações.– Para estados limites de serviço;

• Exemplo de ações e combinações.

n

jQj

m

iGser kjki

FFF2

21

,,

BARRAS TRACIONADAS

Ntd

Ntd

BARRAS TRACIONADAS

Ntd

Ntd

( III ) Barra ParafusadaEstado limite - Ruptura daSeção Líquida

( II ) Barra ParafusadaEstado limite - Escoamentoda Área Bruta

( I ) Barra SoldadaEstado limite - Escoamentoda Área Bruta

solda

L

N

( III )

( II )

( I )

Aefy

Aefu

Agfy

Comportamento:

BARRAS TRACIONADAS

( III ) Barra ParafusadaEstado limite - Ruptura daSeção Líquida

( II ) Barra ParafusadaEstado limite - Escoamentoda Área Bruta

( I ) Barra SoldadaEstado limite - Escoamentoda Área Bruta

solda

L

N

( III )

( II )

( I )

Aefy

Aefu

Agfy

Resistência de cálculo:

1, ayg

RdtfA

N

Áreas de cálculo:

Ruptura da área liquida efetiva:

2, aye

RdtfA

N

Escoamento da área bruta:

brutaáreaAg líquidaáreaAn

nte ACA nt AdereduçãodeeCoeficientC

BARRAS TRACIONADAS

Áreas de cálculo:

Área bruta: é a área do perfil.

Área líquida: é a área bruta diminuída de furos, recortes, etc.

Exemplos ligação. da projeto do depende : tC

BARRAS TRACIONADAS

Áreas de cálculo:Exemplos ligação. da projeto do depende : tC

1,0 tC

Centróide

x

c

ct L

eC 1

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