Post on 11-Jan-2016
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Estruturas Metálicas
Profª. Priscilla Maiolino
Dimensionamento Estrutural
Dimensionamento
estrutural
Princípios de estática,
dinâmica, resistência
dos materiais e análise
estrutural
Funcionalidade,
segurança e economia
Bibliografia
Pfeil, Walter; Pfeil, Michèle. Estruturas de Aço Dimensionamento
Prático. 8ª ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos,
2003;
Bellei, Ildony H.; Pinho, Fernando O.; Pinho, Mauro O.. Edifícios de
Múltiplos Andares em Aço. 1ª ed. São Paulo: PINI, 2004;
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – NB14/86 (NBR
8800) – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios, Rio
de Janeiro;
Salmon, Charles G.; Johnson, John E.; Malhas, Farias A.. Steel
Structures Design and Behavior. 5ª ed. New Jersey: Pearson
Prentice Hall, 2009.
Vantagens e desvantagens
EXECUÇÃO Produção em série na fábrica e apenas montagem na obra;
TRANSPORTE da fábrica à obra;
PESO Apesar de ter o peso específico maior do que o concreto, permite estruturas mais leves
e, consequentemente, fundações menos onerosas, pois a alta resistência do material permite o
suporte de grande esforços com pequenas áreas;
MÃO DE OBRA Exige mão de obra especializada, sendo mais cara e mais difícil de encontrar;
FINANCEIRO Mão de obra, equipamentos e material mais caros;
PRAZO Construção mais rápida (comparando com CA)
Exige cuidados contra a CORROSÃO;
Possibilidade e desmontagem da estrutura e posterior REUTILIZAÇÃO;
Grande margem de segurança por ser uma material único e homogêneo com características bem
definidas.
Normas Técnicas
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
NB 14 (NBR 8800) – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de
Edifícios
NB 862 (NBR 8681) – Ações e Segurança nas Estruturas
NB 5 (NBR 6120) – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações
NBR 14323 – Dimensionamento para Estruturas de Aço de Edifícios em
Situação de Incêndio
NBR 14432 – Exigências de Resistência ao Fogo de Elementos de
Construtivos de Edificações
AISC – American Institute of Steel Construction
ASTM – American Society for Testing and Materials
Características do aço
0% ≤ teor de aço ≤ 1,7%
O carbono aumenta a resistência do aço, porém o torna
mais dúctil e frágil;
Processos de fabricação:
Produção de ferro fundido em alto forno e depois refinamento
em aço no conversor de oxigênio
Sucata de ferro fundido em forno elétrico;
Em ambos os processos, adiciona-se elementos de liga
(carbono, silício, manganês, fósforo, enxofre, etc) para produzir
o aço desejado
Tipos de aços estruturais
Aço = Ferro + Carbono + Silício + Enxofre + Fósforo + Manganês + ...
Segundo a composição química:
Aço carbono
Mais usado
Aumento da resistência dada pelo carbono e manganês (menor escala)
Prefere-se que o teor de carbono < 0,45% para não comprometer a soldabilidade
Mais usados:
ASTM A36
ASTM A570
ASTM A307 (parafusos)
ASTM A325 (parafusos de alta resistência)
ASTM A325 tem a resistência aumentada através de tratamento térmico
Tipos de aços estruturais
Segundo a composição química:
Aço de baixa liga
Aço-carbono acrescido de elementos de liga (fósforo, cobre, manganês, níquel, vanádio, zircônio) melhorando a resistência sem comprometer a soldabilidade;
Mais usados:
ASTM A572
ASTM A441
Adicionando componentes de liga aumenta-se a resistência à corrosão entre duas a quatro vezes
Ambos podem ter a resistência aumentada através de tratamento térmico.
Tabela dos principais aços estruturais
Propriedades dos aços estruturais
Características físicas comuns a todos os aço em faixa normal de temperatura:
Elasticidade capacidade de voltar à sua forma original após sucessivos ciclos de
carregamento e descarregamento (rever Lei de Hook)
E = Módulo de Elasticidade = 210 GPa
Coeficiente de Poisson Coeficiente de proporcionalidade entre as deformações
longitudinal e transversal de uma peça
ν = 0,3
Coeficiente de dilatação térmica Havendo mudança de temperatura, o material dilata ou
contrai
β = 12 E-6 /°C
Módulo de Cisalhamento
G = E / 2(1+ν)
Peso específico
γ = 77 kN/m³
Propriedades dos aços estruturais
Ductilidade
Capacidade de deformação sob ação de cargas;
Fragilidade
Oposto da ductilidade
O aço se torna frágil sob baixas temperaturas, efeitos térmicos locais;
O estudo das condições em que o aço se torna frágil é importante uma vez que materiais frágeis rompem sem aviso prévio;
A fragilidade é analisada pelo inicio e propagação da fratura, que, uma vez iniciada, se propaga mesmo com tensões moderadas;
Propriedades dos aços estruturais Resiliência
Capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico;
Tenacidade
Energia total (elástica + plástica) que pode ser absorvida pelo material até sua fratura
Dureza
Resistência ao risco ou abrasão (raspagem). Através da dureza pode-se calcular a resistência;
Fadiga
Peças que trabalham sob esforços cíclicos tendem a romper com tensões menores do que a de ruptura.
Deve ser verificada em pontos de brusca variação de seção, soldas;
Caracterizada pelo início da fratura e sua propagação com a repetição de cargas
Corrosão
Reação do aço exposto com meio ambiente.
Promove perda de seção.
Diagrama de Tensão-Deformação
Propriedades dos aços estruturais
Efeito da temperatura elevada
Tendência a mudar características do
aço a medida que a temperatura cresce
Para T>100°C, a tensão de escoamento
deixa de ser bem definida Redução do módulo de elasticidade com a temperatura
Produtos Metálicos Estruturais
Produtos laminados
Produtos Metálicos Estruturais
Produtos laminados
Barras
2 dimensões << 3ª
Chapas
1 dimensão >> outras 2
Perfis laminados
Forma H, I, C, L
Dignados pela altura x massa linear
Tubos
Seções circular, retangular, quadrangular
Produzidos em laminadores especiais ou chapa dobrada e soldada
Produtos Metálicos Estruturais - Laminados
Produtos Metálicos Estruturais - Laminados
Exemplo de perfil
Produtos Metálicos Estruturais
Chapas dobradas
Chapas metálicas dúcteis podem ser dobradas a frio
transformando-se em perfis;
Dobragem feita em prensas especiais;
Perfis: U, complexo S e Z.
Produtos Metálicos Estruturais
Perfis soldados
Formados pela associação de chapas ou perfis
laminados simples
São mais custosos
A NBR padronizou três tipos:
CS Colunas/estacas soldadas
VS Vigas soldadas
CVS Coluna e viga soldada
Ligação de Peças Metálicas
As peças são limitadas pela
Capacidade dos veículos de transporte
Capacidade dos laminadores
As ligações podem ser feitas através:
Soldas
Conectores
Parafusos
Rebites
Tensões Residuais
Tensões internas em perfis soldados ou laminados
decorrentes do resfriamento desigual das suas
partes
Nos perfis laminados, as partes mais expostas
resfriam mais rápido sendo impedidas de se contrair
O diagrama σ x ε considerando a tensão residual
tem a transição elástic – plástico mais gradual.