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Estruturas Metalicas Notas de Aula

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ESTRUTURAS METLICAS Prof. Glauco Jos de Oliveira Rodrigues Rev. 0 (15/06/2007) Rev. 1 (28/11/2007) Rev. 2 (06/08/2008) Rev. 3 (16/02/2009) Rev. 4 (27/01/2010)Notas de Aula de Estruturas Metlicas NDICE BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA.................................................................................................................. 1 1INTRODUO ............................................................................................................................................. 2 1.1DEFINIES ............................................................................................................................................ 2 1.2TIPOS DE AOS ESTRUTURAIS.................................................................................................................. 2 1.3PROPRIEDADES MECNICAS.................................................................................................................... 3 1.4TIPOS DE ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM AO.......................................................................................... 4 1.5ELEMENTOS CONSTITUINTES DA SEO I ............................................................................................ 6 1.6MTODO DOS ESTADOS LIMITES............................................................................................................. 6 2PEAS TRACIONADAS ............................................................................................................................. 9 2.1DIMENSIONAMENTO DE BARRAS TRAO............................................................................................ 9 2.2REA LQUIDA....................................................................................................................................... 10 3LIGAES PARAFUSADAS.................................................................................................................... 16 3.1TIPOS DE PARAFUSOS............................................................................................................................ 16 3.2DIMENSIONAMENTO.............................................................................................................................. 16 4LIGAES SOLDADAS ........................................................................................................................... 25 4.1TECNOLOGIA DE SOLDAGEM....................................................................................................... 25 4.2PATOLOGIAS NAS LIGAES SOLDADAS ................................................................................................ 26 4.3POSIES DE SOLDAGEM....................................................................................................................... 27 4.4TIPOS DE SOLDA E SEUS RESPECTIVOS PROCESSOS DE DIMENSIONAMENTO ........................................... 27 4.5SIMBOLOGIA DE SOLDA......................................................................................................................... 31 4.6EXEMPLOS DE REPRESENTAO............................................................................................................ 33 5BARRAS COMPRIMIDAS........................................................................................................................ 39 5.1CRITRIOS DE DIMENSIONAMENTO ....................................................................................................... 39 5.2CARGA CRTICA E TENSO CRTICA DE FLAMBAGEM............................................................................. 39 5.3RESISTNCIA DE CLCULO DE BARRAS COMPRIMIDAS .......................................................................... 40 6BARRAS FLETIDAS.................................................................................................................................. 49 6.1CONCEITOS GERAIS............................................................................................................................... 49 6.2CLASSIFICAO DAS VIGAS .................................................................................................................. 49 6.3RESISTNCIA AO MOMENTO FLETOR ..................................................................................................... 53 6.4FLAMBAGEM LATERAL COM TORO [FLT] ........................................................................................ 53 6.5FLAMBAGEM LOCAL DA MESA [FLM].................................................................................................. 55 6.6FLAMBAGEM LOCAL DA ALMA [FLA] .................................................................................................. 56 7CARACTERSTICAS MECNICAS DE PERFIS I SOLDADOS DA USIMINAS......................... 65 8CARACTERSTICAS MECNICAS DE PERFIS I LAMINADOS DA AOMINAS.................... 69 Prof. Glauco J. O. Rodrigues. Notas de Aula de Estruturas Metlicas 1 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA [1]Pinheiro, A. C. F. B., Estruturas Metlicas, Ed. Edgard Blcher, So Paulo, 2001; [2]Ferreira,W.G.,DimensionamentodeElementosdePerfisdaAoLaminadoseSoldados, Vitria, 2004; [3]ABNTNBR8800,ProjetoeExecuodeEstruturasdeAodeEdifcios,ABNT,Riode Janeiro, 2008; [4]Pfeil, W. Pfeil, M., Estruturas de Ao, Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2000; [5]Perfis Gerdau Aominas, Informaes Tcnicas, www.gedauacominas.com.br; [6]Perfis Usiminas Mecnica, Catlogo de Perfis, www.usiminasmecanica.com.br; Prof. Glauco J. O. Rodrigues. Notas de Aula de Estruturas Metlicas 2 1INTRODUO 1.1DEFINIES Osaosestruturaissoaquelesque,devidoasuaresistncia,ductilidade,eoutras propriedades,soutilizadosemelementosestruturaisquesuportametransmitemesforos mecnicos.Asuaclassificaopodeserfeitasobdiversasformas,ondepodemoscitarsuas propriedades mecnicas, quantidade de carbono, elementos de liga etc. Oaoumaligadeferroecarbono,comoutroselementosadicionais,comosilcio, mangans,fsforo,enxofreetc.Oteordecarbonopodevariardesde0%ate1,7%.Ocarbono aumenta a resistncia do ao, porm o torna mais duro e frgil. Os aos com baixo teor de carbono, tm menor resistncia trao, porm so mais dcteis. As resistncias ruptura por trao ou compressodosaosutilizadosemestruturassoiguais,variandoentreamploslimites,desde 300 MPa at valores acima 1200 MPa. 1.2TIPOS DE AOS ESTRUTURAIS Segundoacomposioqumica,osaosutilizadosemestruturassodivididosemdois grupos: aos-carbono eaos de baixa liga. Os dois tipos podem receber tratamentos trmicos que modificam suas propriedades mecnicas.Oao-carbonooaomaisempregadonasconstrues,eoaumentodasuaresistncia obtido, principalmente,atravs do acrscimo de carbono em relao aoferro puro. Este acrscimo decarbononacomposiodoao,conformeanteriormentemencionado,implicaemalgumas modificaesemsuaspropriedades,comoareduodasuaductilidade,dificultandoasoldagem. Os aos de baixa liga so aos-carbono acrescidos de elementos de liga (Nibio, Mangans, Cobre, Silcio, etc.) em pequenas quantidades, com teor de carbono da ordem 0,20%. Estas adies garantem ao ao a elevao da sua resistncia mecnica, permitindo ainda, uma boa soldabilidade. Osaosdebaixaligaealtaresistnciamecnicaresistentescorrosoatmosfrica,so fabricados a partir de aos-carbonos, com teor de carbono igual ou inferior a 0,25%, com adio de algunselementosdeliga(Vandio,Cromo,Cobre,NqueleAlumnio)noultrapassandoa quantidadede2%,elimitedeescoamentoigualousuperiora300MPa.Emcombinaes adequadas,oselementosdeligaadicionados promovemaoaomelhorasnasuaductilidade, tenacidade, soldabilidade, resistncia abraso e a corroso (at 4 vezes). A elemento cobre, o responsvel pela criao deuma camada de xido compacta e aderente que dificulta a corroso do ao. Esta proteo desenvolvida quando a superfcie metlica exposta a ciclos alternados de molhamento (chuva, nevoeiro, umidade) e secagem (sol, vento).Esses tipos de ao resistentes corroso atmosfrica so denominados patinveis. Tabela 1 - Resistncia de alguns aos-carbono Tipo de Ao fy (MPa)fu (MPa) ASTM-A36250400 ASTM-A570 (gr.36)250365 NBR 6648/CG-26255*410* ASTM-A572 (gr.50)345450 NBR 6650/CF-24240370 MR-250250400 * Vlido para espessuras t 16mmProf. Glauco J. O. Rodrigues. Notas de Aula de Estruturas Metlicas 3 1.3PROPRIEDADES MECNICAS A Figura 1 apresenta o diagrama Tenso x Deformao para alguns aos. Para obteno deste diagrama, ensaia-se em laboratrio uma haste metlica (corpo de prova), devidamente presa a uma prensa hidrulica, e aplica-senesta haste esforos de trao, medindo-se as deformaes do ao. O aparelho responsvel pela medio das deformaes na haste conhecido como extensmetro. Casoocorpodeprovasejadescarregadoeimediatamenterecarregado,duranteoperodo elstico, a pea no apresenta nenhuma deformao residual e o caminho a ser percorrido ser igual aoinicial.Casoessealviodetensesocorraapsoescoamento,apeaapresentardeformaes residuais representadas no grfico abaixo por 0,002%, onde a reta tracejada paralela reta inicial do ensaio. As tenses fy e fu, so denominadas, respectivamente como tenso de escoamento e tenso de ruptura,queserousadasnodimensionamentodoselementosestruturais,deacordocomas propriedades mecnicas do ao ensaiado.

Figura 1 - Diagrama Tenso x Deformao para alguns aos Constantes Fsicas Mdulo de Elasticidade: E = 205000 MPa Coeficiente de Poisson: = 0,3 Coeficiente de Dilatao Trmica: = 12 x 10-6 C-1 Peso Especfico: a = 77 kN/m3 Ductilidade acapacidadequealgunsmateriaispossuemdesedeformaremantesdaruptura,quando sujeitos a tenses elevadas. Quanto mais dctil o ao, maior a reduo de rea ou alongamento antes daruptura.Aductilidadepodesermedidaapartirdadeformao()oudaestrico.Este comportamento fornece avisos de ocorrncia de tenses elevadas em pontos da estrutura. Em outras palavrasacapacidadedomaterialdedeformar-sesobaaodecargassemquehajacolapso imediato. Prof. Glauco J. O. Rodrigues. Notas de Aula de Estruturas Metlicas 4 Fragilidade Oposto da ductilidade. Propriedade muito importante e merece ser cuidadosamente estudada, pois o corpo se deforma pouco antes da ruptura, que ocorre sem aviso prvio (ruptura frgil). Elastici