EDIFICAÇÕES_Vigas,Perfis, Chapas Metalicas

7/18/2019 EDIFICAÇÕES_Vigas,Perfis, Chapas Metalicas

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EDIFICAÇÕES– MÓDULO III – Tecnologia das Construções II



São estruturas formadas pela associação de peças metálicas ligadas entre si por meiode conectores ou solda. Estas peças têm suas seções transversais limitadas em função

da capacidade dos laminadores e seus comprimentos limitados em função dostransportes disponíveis. Os conectores mais usados são os parafusos, uma vez que osrebites estão cada vez mais em desuso.

Os aços estruturais são aqueles que, devido a sua resistência, ductilidade, e outraspropriedades, são utilizados em elementos estruturais que suportam e transmitem

esforços mecânicos. A sua classificação pode ser feita sob diversas formas, ondepodemos citar suas propriedades mecânicas, quantidade de carbono, elementos deliga etc.

Estruturas metálicas em aço, são aquelas executadas com peças de perfilados a partirde ligas de ferro e carbono forjável, alguns sem necessidade de tratamento.

Estruturas metálicas em alumínio, são aquela executadas a partir de perfisconfeccionados a partir de ligas de alumínio, que devem apresentar resistênciamecânica e a corrosão.




Como todo material de utilização em construção, o aço estrutural é possuidor decaracterísticas que trazem benefícios de toda ordem o que, certamente, proporciona

vantagens em sua utilização. Muito embora não seja causador de malefícios quandoutilizado em construções, é também necessário estabelecer algumas desvantagenscom relação à sua utilização.




Vantagens

Como principais vantagens da utilização do aço estrutural, podemos citar:

a) Alta resistência do material nos diversos estados de solicitação – tração,compressão, flexão, etc., o que permite aos elementos estruturaissuportarem grandes esforços apesar das dimensões relativamente pequenasdos perfis que os compõem.

b) Apesar da alta massa específica do aço, na ordem de 78,50 KN/m3, asestruturas metálicas são mais leves do que, por exemplo, as estruturas deconcreto armado, proporcionado, assim, fundações menos onerosas.

c) As propriedades dos materiais oferecem grande margem de segurança,

em vista do seu processo de fabricação que proporciona material único ehomogêneo, com limites de escoamento, ruptura e módulo de elasticidadebem definidos.




e) Apresenta possibilidade de desmontagem da estrutura e seu posteriorreaproveitamento em outro local.

f) Apresenta possibilidade de substituição de perfis componentes daestrutura com facilidade, o que permite a realização de eventuais reforçosde ordem estrutural, caso se necessite estruturas com maior capacidade desuporte de cargas.

g) Apresenta possibilidade de maior reaproveitamento de material emestoque, ou mesmo, sobras de obra, permitindo emendas devidamentedimensionadas, que diminuem as perdas de materiais, em geral corrente emobras.




Desvantagens

Como principais desvantagens da utilização do aço estrutural, podemoscitar:

a) Limitação de fabricação em função do transporte até o local damontagem final, assim como custo desse mesmo transporte, em geralbastante oneroso.

b) Necessidade de tratamento superficial das peças estruturais contraoxidação devido ao contato com o ar, sendo que esse ponto tem sidominorado através da utilização de perfis de alta resistência à corrosãoatmosférica, cuja capacidade está na ordem de quatro vezes superior aosperfis de aço carbono convencionais.




c) Necessidade de mão de obra e equipamentos especializados para afabricação e montagem.

d) Limitação, em algumas ocasiões, na disponibilidade de perfis estruturais,sendo sempre aconselhável antes do início de projetos estruturais, verificar

junto ao mercado fornecedor, os perf is que possam estar em falta nessemercado.




Os produtos siderúrgicos, via de regra, podem ser classificados de formageral em perfis, chapas e barras.

As indústrias siderúrgicas produzem cantoneiras de abas iguais oudesiguais, perfis H, I ou T, perfis tipo U, barras redondas, barras chatas,tubos circulares, quadrados ou retangulares, chapas em bobinas, finas ougrossas.

Enquanto os produtos das indústrias metalúrgicas são os compostos porchapas dobradas tais como perfis tipo U enrijecido ou não, cantoneiras emgeral de abas iguais, perfil cartola, perfil Z ou trapezoidais, ou ainda,compostos por chapas soldadas para perfis tipo T soldado ou I soldado.

* Em resumo, a siderurgia é nada mais que parte da metalurgia, focado para omanuseio material mais específico, o aço e o ferro, já as metalúrgicas abrangem todosos metais.




Os perfis de aço podem ser obtidos pelos seguintes métodos:

laminação; solda - perfis soldados abrangem uma vasta gama de tamanhos e atendem àsnecessidades estruturais com economia; dobramento (chapas finas) - Perfis dobrados são feitos em chapa fina e são usadospara estruturas de menor porte, podem ser com ou sem reforço de borda.




a) Perfis laminados ou conformados a quente:

São obtidos pelo processo de laminação, a partir de um tarugo de aço, e tem comocaracterística principal os cantos arredondados.




Peças que apresentam grande eficiência estrutural podendo ser encontradas sobdiversas geometrias, sendo algumas apresentadas nas figuras abaixo.




A designação de perfis metálicos laminados segue determinada ordem:

código, altura (mm.), peso (Kg/m)

Como exemplo de códigos temos:

L – Cantoneiras de abas iguais ou desiguais

I – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘ I ‘

H – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘H’

U – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘U’

T – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘T’




Como exemplo de designação de perfis temos:




Como exemplo de utilização temos:




b) Perfis de chapa dobrada ou perfis formados a frio (PFF):

Os perfis estruturais formados a frio são obtidos pelos processos de dobramento a friode chapas de aço. Embora padronizados, podem ser produzidos pelos fabricantes coma forma e tamanho solicitados. São recomendados para construções leves, sendoutilizados em elementos estruturais como barras de treliças, terças, etc.

UE

CARTOLA

Z




São perfis formados a frio, padronizados sob as formas L, U, UE, Z, ZE.Porém, oferecem grande liberdade de criação ao projetista. O seu dobramento deve

obedecer a raios mínimos (não muito pequenos) evitando a formação de fissurasnestes pontos. Esse tipo de perfil apresenta cantos arredondados e utilização de açoscom alto teor de carbono.

A designação de perfis metálicos de chapa dobrada segue determinada ordem

Tipo, Altura, Aba, Dobra, Espessura (todas as medidas em mm)

L – Cantoneiras de abas iguais ou desiguaisU – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘ U ‘ enrijecido ou não

Z – Perfil de seção transversal na forma da letra ‘ Z ‘ enrijecido ou não Cartola - Perfil de seção transversal enrijecido ou não




Como exemplo de designação de alguns perfis temos:

L 50 x 3 – Perfil L de abas iguais de 50mm e espessura de 3mm

L 50 x 30 x 3 – Perfil L de abas desiguais de 50mm por 30mm e espessura de 3mm

U 150 x 60 x 3 – Perfil U não enrijecido com altura de 150mm, aba de 60mm eespessura de 3mm

U 150 x 60 x 20 x 3 – Perfil U enrijecido com altura de 150mm, aba de 60mm, dobrade 20mm e espessura de 3mm




c) Perfis soldados:

São obtidos por chapas de aço soldadas entre si.

Os perfis soldados são obtidos pelo corte, composição e soldagem dechapas planas de aço, permitindo grande variedade de formas e dimensõesdas seções e seu uso está bastante aquecido no mercado nacional.




São classificados em séries, de acordo com sua utilização na estrutura,sendo os mais empregados em edificações.

A designação de perfis soldados seguem especificações dos fabricantes sempre naforma de perfil tipo ‘ I ‘:

CS – Perfil coluna soldada (altura e abas com a mesma dimensão)VS – Perfil viga soldadaCVS – Perfil coluna-viga soldada




Como exemplo de designação de perfis temos:

CS 250 x 52 – Perfil CS com altura de 250mm e peso de 52 Kg/ml

VS 600 x 95 – Perfil VS com altura de 600mm e peso de 95 kg/ml

CVS 450 x 116 – Perfil CVS com altura de 450mm e peso de 116 Kg/ml




d) Perfis tubulares:

São formados por calandragem e posterior costura, no caso dos circulares, ou pelacomposição de perfis em chapas dobradas, no caso dos quadrados ou retangulares.

Os tubos estruturais são apresentados em amplo número de dimensões e fornecidosem comprimento padrão de 6.000mm. Eles são utilizados como elementosestruturais, principalmente na confecção de treliças espaciais.




e) Perfis extrudados:

São perfis de alumínio que levam a denominação extrudados porapresentarem formatos diferentes obtidos por meio de um processo detransformação chamado extrusão. São muito utilizados em esquadrias,estrutura para pele de vidro, box, guarda-corpo, etc.

Os perfis extrudados são vendidos com acabamento da superfície “natural”

ou “anodizado” e são empregados em indústrias variadas: automobilística,bens de consumo, construção civil, eletricidade, máquinas e equipamentos,e transporte.




A extrusão, é realizada “a quente” ou “a frio” e pode ser direta, indireta(também conhecida como invertida ou reversa), lateral, “por impacto” ou

hidrostática. O funcionamento do processo é basicamente o mesmo paratodas as modalidades, porém com certas diferenças.

A ação se dá assim: tarugos dos metais (barras com comprimento e larguradiferentes que são a matéria-prima dos perfis extrudados) são introduzidosem prensas hidráulicas, e sua passagem forçada através de uma abertura

com forma geométrica predefinida - a matriz -, assim formando o perfil como aspecto desejado.

Parece creme dental sendo expelido do tubo; a configuração da “boca” dorecipiente é quem dita o formato da pasta ao sair – círculo, quadrado,triângulo, retângulo, hexágono, pentágono etc.




f) Outros produtos feitos com aço:

Chapas finas a frio – possuem espessuras padrão de 0,30mm a 2,65mm efornecidas em larguras padronizadas de 1.000mm, 1.200mm e 1.500mm enos comprimentos de 2.000mm e 3.000mm, e também sob a forma debobinas.Chapas finas a quente – possuem espessuras padrão de 1,20mm a 5,00mme fornecidas em larguras padronizadas de 1.000mm, 1.100mm, 1.200mm,

1.500mm e 1.800mm e nos comprimentos de 2.000mm, 3.000mm e6.000mm, e também sob a forma de bobinas.Chapas grossas – possuem espessuras padrão de 6,3mm a 102mm efornecidas em diversas larguras padronizadas de 1.000mm a 3.800mm e emcomprimentos de 6.000mm e 12.000mm.Barras redondas – apresentadas em amplo numero de bitolas que são

utilizadas em chumbadores, parafusos e tirantes.Barras chatas – apresentadas nas dimensões de 38 x 4,8 a 304 x 50mm.Barras quadradas – apresentadas nas dimensões de 50mm a 152mm.




Quanto a concepção as vigas podem ser de:

•

Alma cheia;

• Mistas;

• Vierendeel;

•

Alveolares;

• Treliças Planas;

• Arco;

• Treliças Espaciais;

• Vagonadas.




VIGA DE ALMA CHEIA




Comportamento de uma viga de alma cheia:

São exemplos de estruturas isostáticas uma viga biapoiada (com um dos apoiospodendo se movimentar horizontalmente) e uma viga engastada em balanço.




Comportamento de uma viga de alma cheia:




VIGA MISTA




VIGA MISTA COM STEEL DECK




VIGA VAGONADA

Um vão vencido pelos cabos, esse é o princípio da viga vagão, um sistema compostopor barra horizontal, montantes e cabos. Esse nome deve-se ao fato de que esse tipode viga serviu durante muito tempo como elemento estrutural de sustentação devagões de trens. Nesse caso o empuxo horizontal que todo cabo aplica aos apoios éabsorvido pela própria viga, resultando em apenas cargas verticais nos apoios.

A viga vagão pode ter um ou mais montantes; conforme aumenta o número demontantes, varia a forma do cabo. Com um único montante a forma do cabo étriangular, com dois é um trapézio, tendendo no limite à forma de uma parábola.




VIGA TRELIÇADA

Por ter as barras dispostas em triângulos (figura mais estável), pode ter todos os seusnós articulados, o que leva a ocorrer nas barras apenas esforços de tração ecompressão axiais. A configuração das barras das treliças em triângulos a leva a sermais rígida que a viga vagão de mesmos vão e altura.




VIGA TRELIÇADA ESPACIAL




VIGA EM ARCO

Arcos são sistemas estruturais que vencem grandes vãos e sofrem compressõessimples, gerando esforços horizontais (empuxos) nos apoios que serão tanto maioresquanto menores forem às flechas do arco.




VIGA VIERENDEL

Para manter a estabilidade do conjunto é necessário criar alternativas mantendo asformas não mais triangulares indeformáveis, para isso, é necessário enrijecer os nósda barra. Essa nova composição estrutural denomina-se viga Vierendeel, nome de seuinventor.




VIGA VIERENDEL

São vigas compostas de barras resistentes na forma de quadros, unidas entre si pormeio de ligações rígidas.




VIGA VIERENDEL

Comparação com o deslocamento de uma treliça.




VIGA ALVEOLAR OU DE ALMA VAZADA

Segue o pré- dimensionamento das vigas Vierendel.




VIGA ALVEOLAR OU DE ALMA VAZADA




Nós: são os encontros das extremidades de barras que compõem a estrutura. Os nóssão ditos articulados quando eles permitem rotações relativas entre as extremidades

das barras, caso contrário, diz-se que são rígidos.




As ligações ou conexões podem ser parafusadas ou soldadas.

TIPOS DE PARAFUSOSEm estruturas usuais, encontram-se os seguintes tipos de parafusos:

Parafusos comuns (ASTM A307): são forjados com aços-carbono de teor de carbonomoderado. Estes parafusos têm sua aplicação em estruturas leves e possuem baixaresistência à tração (415 MPa).




Parafusos de alta resistência (ASTM A325 / ASTM A490): são feitos com aços tratadostermicamente. Estes parafusos são aplicáveis quando se deseja uma maior resistência

na ligação.

Estes parafusos podem se enquadrar em duas categorias:A325 – N e A490 – N : a rosca do parafuso está no plano de corte.A325 – X e A490 – X : a rosca do parafuso está fora do plano de corte.




TECNOLOGIA DE SOLDAGEM

As ligações soldadas caracterizam-se pela coalescência das partes em aço aserem unidas por fusão. A fusão do aço é provocada pelo calor produzidopor um arco voltaico que se dá entre um eletrodo metálico e o aço a soldar,havendo a deposição do material do eletrodo.

Entretanto, o material fundido deve ser isolado da atmosfera para evitar aformação de impurezas na solda. Este isolamento pode se dar, na grandemaioria dos casos, por duas maneiras.

1. Eletrodo manual revestido.

2. Arco submerso em material granular fusível.

* Eletrodo = diz-se de polo, terminal utilizado para conectar um circuito elétrico auma solução aquosa, por meio de algo metálico.




1. Eletrodo manual revestido: há desprendimento gasoso do revestimentodo eletrodo, proveniente da fusão. Os gases criam uma atmosfera inerte deproteção para evitar a porosidade (introdução de O2), a fragilidade(introdução de N2), bem como estabilizar o arco voltaico, permitindo maiorpenetração da solda.




2. Arco submerso em material granular fusível: o eletrodo nu éacompanhado de um tubo de fluxo com material granulado, que funcionacomo isolante térmico, garantindo assim proteção quanto aos efeitos daatmosfera. O fluxo granulado funde-se parcialmente, formando uma camadade escória líquida que posteriormente se solidifica.




Dentre as inúmeras aplicações das estruturas metálicas, podemos citar algumas:

• Telhados • Edifícios Industriais, Residenciais e Comerciais • Residências • Hangares • Pontes e Viadutos • Pontes Rolantes e Equipamentos de Transporte

• Reservatórios • Torres • Guindastes • Postes • Passarelas • Indústria Naval

• Escadas • Mezaninos • Silos • Helipontos




Prerrogativas para as atividades na área de estruturas metálicasestabelecidas pela ABNT:

NB 14 (NBR 8800) – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios

E que, por sua vez, estabelece como Normas Técnicas complementares:

NB 862 (NBR 8681) –

Ações e Segurança nas estruturasNB 5 (NBR 6120) – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações

NB 599 (NBR 6123) – Forças Devido ao Ventos em Edificações

NBR 14323 – Dimensionamento para Estruturas de Aço de Edifícios emSituação de Incêndio

NBR 14432 – Exigências de Resistência ao Fogo de Elementos Construtivosde Edificações




Algumas obras notáveis em estruturas metálicas e que merecem ser citadas,demonstram, essa grande conquista do homem moderno.

A ponte inglesa de Coalbrookdale em 1779, em ferro fundido com vão de 31 metros.




Na Inglaterra, à Britannia Brigde, com dois vãos centrais de 140 metros cada.




A Brooklyn Bridge em Nova Iorque, nos Estados Unidos, a primeira das grandespontes pênseis, com 486 metros de vão livre e construída em 1883.




A Torre Eiffel, em Paris, datada de 1889, com 312 metros de altura.

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O Empire State Building, também em Nova Iorque, com seus 380 metros de altura edatado de 1933.

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A Golden Gate Bridge, na cidade de São Francisco, com 1280 metros de vão livre,construída em 1937.

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Mas, como marco de construção, não se poderia deixar de citar, em São Paulo, oViaduto Santa Efigênia, que de acordo com o Eng.º Paulo Alcides Andrade, constituiu-se num marco de São Paulo. Esta obra teve início no ano de 1911 e terminou em1913.

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A estrutura, totalmente fabricada na Bélgica, foiapenas montada no local, pela união por

rebitagem das peças numeradas, processo deligações estruturais adota na época e com asfurações prontas, sendo inaugurada em 26 desetembro de 1913.

A ponte é formada por um tabuleiro superiorcom 255 metros de extensão, apoiado sobrecinco tramos, sendo três centrais com 53,50metros cada e mais dois vãos com 30,00 metrosde vão nas extremidades. Os três vãos centrais,por sua vez, são formados por arcos com flecha

de 7,50 metros, o que equivale a uma relaçãoflecha/vão de 7 a 8, valores esses, até hojeutilizados em dimensionamento de estruturasem arco.

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Citação do Johnstom/Lim., em seu livro “Basic Steel Design”:

“Um bom projetista estrutural pensa de fato em sua estrutura tanto ou mais

do que pensa no modelo matemático que usa para verificar os esforços

internos, baseado nos quais ele deverá determinar o material necessário,

tipo, dimensão e localização dos membros que conduzem as cargas. A

‘mentalidade da engenharia estrutural’ é aquela capaz de visualizar a

estrutura real, as cargas sobre ela, enfim ‘sentir’ como estas cargas são

transmitidas através dos vários elementos até as fundações. Os grandes projetistas são dotados daquilo que às vezes se tem chamado ‘intuição

estrutural’ . Para desenvolver a ‘intuição e sentir’, o engenheiro torna-se um

observador arguto de outras estruturas. Pode até mesmo deter-se para

contemplar o comportamento de uma árvore projetada pela natureza para

suportar as tempestades violentas; sua flexibilidade é frágil nas folhas e nos

galhos diminuídos, mas crescente em resistência e nunca abandonando acontinuidade, na medida em que os galhos se confundem com o tronco, que

por sua vez se espalha sob sua base no sistema de raízes, que prevê sua

fundação e conexão com o solo” .

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ATIVIDADE PARA A PRÓXIMA AULA

1. Dividam-se em equipes: 4 equipes de 3 pessoas1 equipe de 2 pessoas

2. Sorteio de um esforço mecânico.

3. Cada equipe deverá apresentar na próxima aula:- Maquete feita com peças metálicas que simulem a resistência do esforçosorteado. Demonstrar a simulação em sala de aula;- Relatório sobre uma obra de importância, onde foi utilizada uma estruturametálica. Neste relatório deverá constar dados da obra, dos profissionais que aprojetaram e executaram, informações sobre a estrutura e sua resistência ou não

aos esforços aplicados, como foi feita a execução, materiais que foram utilizados,imagens e referências bibliográficas.4. As equipes deverão apresentar, em forma de seminário, a maquete e a pesquisa

em sala de aula e entregar o relatório para a professora.

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Referência Bibliográfica:

- FALCÃO BAUER, L.A. Materiais de Construção – Volume 2 . Rio de Janeiro: LTC, 2014.

- YAZIGI, WALID. A técnica de edificar – São Paulo: Pini: Sinduscon, 2013.

- Imagens retiradas da internet.

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