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AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

1. Histórico

Estruturas metálicas tem sido usadas desde o século XII, quando eram empregados

tirantes e pendurais de ferro fundido como auxiliares em estruturas de madeira. No século

XVI tornaram-se comuns as estruturas de telhado em ferro fundido.

A partir de 1750 começaram a ser construídas cúpulas de igrejas e pontes, estas

com estruturas em arco ou treliçadas, com elementos em ferro fundido trabalhando a

compressão, podemos dizer que tem início o uso de estruturas metálicas em escala

industrial.

A primeira ponte em ferro fundido foi a de Coalbrookdale, na Inglaterra, vencendo

o Rio Severn com um vão em arco de 30 metros, edificada em 1779.

Ponte Coalbrookdale

Em Wearmouth, também na Inglaterra, em 1796, foi construída uma ponte mais

arrojada, com seu arco vencendo 70 metros de vão.

Devido à boa resistência a corrosão do ferro fundido, várias destas obras estão,

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ainda hoje, em bom estado de conservação.

Na primeira metade do século XIX houve um grande progresso nas técnicas de

cálculo estrutural, e iniciou também a produção do ferro laminado, que tem desempenho

superior ao ferro fundido.

Nesta fase foi construída a Ponte Pênsil de Menai, em Gales, com vão central de

175 metros, que foi concluída em 1826. Neste período também iniciou-se a construção de

edifícios industriais com estruturas metálicas.

No Brasil, o ferro fundido começou a ser produzido em 1812, e a primeira obra

em ferro fundido, moldada no Estaleiro Mauá, em Niterói no estado do Rio de Janeiro, foi

a Ponte de Paraíba do Sul, no Estado do Rio, com cinco vãos de 30 metros, estruturados

em arcos atirantados, com o arco em ferro fundido e o tirante em ferro laminado,

construída em 1857, estando em uso até hoje.

No período entre 1850 e 1880 foram construídas várias pontes ferroviárias, com

vãos treliçados, sendo que, no entanto, ocorreram inúmeros acidentes com estas

construções, o que tornou patente a necessidade de serem feitos novos estudos e de se

utilizar um material de melhor qualidade.

Concluiu-se que o material ideal era o aço, já conhecido desde a antigüidade, mas

que não estava disponível, de forma competitiva, por falta de um processo de fabricação.

Este problema ficou resolvido em 1856, quando Henry Bessemer desenvolveu um forno

que permitiu, já em 1860, a produção de aço em escala comercial.

A primeira ponte com estrutura de aço foi edificada entre 1867 e 1874, em Eads,

sobre o rio Mississipi, com vão central de 158 metros e dois vãos laterais de 153 metros.

Em 1867 foi desenvolvido o processo Siemens-Martin para a produção industrial

de aço, mais econômico que o processo Bessemer.

A grande utilização em edifícios iniciou por volta de 1880, nos Estados Unidos,

na cidade de Chicago.

De 1900 até hoje houve um grande aperfeiçoamento das teorias da estruturas, foi

inventada a solda elétrica, conseguiu-se aços de alta resistência mecânica e a corrosão, e

começaram a ser edificados, de forma corriqueira pontes, edifícios, torres, etc, com

estruturas cada vez mais arrojadas.

Com a invenção do elevador, em 1852, por Elijah Otis viabilizou-se a construção

de edifícios altos, pois o problema de locomoção para os andares elevados, que era uma

forte restrição ao uso de edificações com muitos pavimentos, ficou resolvido.

Algumas obras notáveis, de estrutura metálica, ainda em uso:

A já referida ponte Coalbrookdale (Inglaterra), em ferro fundido, vão de 30 m,

construída em 1779;

Britannia Bridge (Inglaterra), viga caixão, com dois vãos centrais de 140 m,

construída em 1850;

Brooklin Bridge (New York), a primeira das grandes pontes pênseis, 486 m de

vão livre, construída em 1883;

A ponte ferroviária Firth of Forth (Escócia), viga Gerber com 521 m de vão

livre, construída em 1890;

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Brooklin Bridge - New York

A Torre Eiffel (Paris), 312 m de altura, construída em 1889;

O Empire State Building (New York), 380 m de altura, construído em 1933;

A Golden Gate Bridge (San Francisco), ponte pênsil com 1280 m de vão livre,

construída em 1937;

A Verrazano - Narrows Bridge (New York), ponte pênsil com 1298 m de vão

livre, construída em 1964.

O Edifício Empire State Building, em Nova Iorque, concluído em 1921, com

102 pavimentos e altura total de 381 m. sem as antenas de TV e alcançando

448,7 m. com as antenas, foi edificado em 15 meses por 3000 homens. Foi

durante muitos anos o maior edifício do planeta. Na sua estrutura foram

empregados 58.000 toneladas de aço. A área da base do edifício é de 7.780 m2,

e o peso total da edificação é de 380.000 toneladas, suportados por 200 pilares.

Apresentamos, a seguir, alguns exemplos do arrojo e do grande desenvolvimento

alcançado pelas estruturas metálicas:

Maior vão treliçado: ponte sobre o Rio São Lourenço, em Quebec, no Canadá

com um vão de 548 m.

Maio vão em viga reta: ponte Rio-Niteroi, sobre a Baia da Guanabara, com um

vão central de 300 m. e dois laterais de 200 m.

Ponte sobre o estreito de Verrazano, em Nova Iorque, com vão pênsil de 1298

m.

Ponte cruzando o Estreito de Akashi no Japão, inaugurada em 1998, com vão

pensil de 1990 m.

Edifício SEARS Tower, em Chicago, com 120 pavimentos e altura total 445

m. sem as antenas e 520 m. com antenas de radio e TV.

Ponte Humber Bridge, na Inglaterra, concluída em 1981, com 1410 m. de vão

pênsil.

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Ponte de Saint Nazaire, no rio Loire, na França, possui um tabuleiro metálico

de 720 m. de comprimento suspensos por cabos retos (estaias) formando um

vão central de 404 m. e dois laterais de 158 m.

Ponte Hercílio Luz, em Florianópolis, com 339,5 m. de vão pênsil e

comprimento total de 840 m. É o maior vão livre em ponte do Brasil.

O arrojo nas obras em aço trouxe, também, alguns contratempos como a Ponte

Tacoma Narrows, em Washington, com 854 m. de vão pênsil, que foi derrubada por efeito

de galope, provocado pelo vento. Construída em 1940, rompeu 4 meses após sua

inauguração.

O consumo de aço por habitante / ano no Brasil se mantém constante, em torno de

100 kgf., por vinte anos. Em países mais desenvolvidos e com uso intenso de estruturas em

aço esse índice encontra-se na faixa de 300 a 600 kgf.

2. Vantagens e desvantagens do uso do aço na construção.

Vantagens:

ADMINISTRAÇÃO DA OBRA: As etapas de construção ficam mais definidas e

simplificadas. As estruturas são fabricadas em indústrias, deixando o canteiro de obra

livre para as demais etapas da obra. Possibilidade de reaproveitamento dos materiais

em estoque e de sobras de obras.

FUNDAÇÕES: São bastante aliviadas. Devido a alta resistência estrutural é possível

executar estruturas mais leves e vencendo grandes vãos.

LAJES: As formas se apoiam nas vigas metálicas, que estão niveladas, e dispensam o

uso de pontaletes, liberando o pavimento para serviços complementares.

ALVENARIAS E REVESTIMENTOS: As estruturas de aço servem de referência de

prumo e nível, devido a sua precisão milimétrica, o que acelera a execução e melhora

a qualidade.

INSTALAÇÃO ELÉTRICA E HIDRÁULICA: Os elementos estruturais já vêm

preparados de fábrica com furos para passagem dos dutos.

PRAZO DE EXECUÇÃO: Como as estruturas podem ser fabricadas

simultaneamente com as fundações e, utilizadas imediatamente após montadas, a

velocidade de execução é muito rápida.

MÃO DE OBRA: É bastante reduzida e, afeta até o serviço de pedreiro e de

acabamento que fica reduzido devido a precisão da montagem dos elementos

estruturais.

CUSTO FINANCEIRO: Como o prédio fica pronto em prazo menor, os rendimentos

da exploração comercial da edificação são antecipados, e o cliente final pode dispor

da edificação mais cedo.

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Como desvantagem podemos relacionar:

FABRICAÇÃO / TRANSPORTE: Limitação da execução em fábrica devido ao

transporte até o local da montagem.

TRATAMENTO SUPERFICIAL: Necessidade de tratamento superficial dos

elementos estruturais para proteção contra corrosão atmosférica.

MÃO DE OBRA: Necessidade de mão de obra e equipamentos especializados nas

etapas de produção e montagem.

FORNECIMENTO: Limitação de fornecimento de perfis para uso estrutural.

3. Aço, ferro gusa e ferro fundido.

O aço é uma liga metálica constituída basicamente por ferro e carbono, com

outros elementos, em pequena quantidade, para imprimir características especiais, sendo

obtido a partir do refino do ferro gusa.

Como refino entende-se a diminuição do teor de carbono ( até um valor máximo

de 2 % ) de silício e de enxofre que são extremamente prejudiciais ao aço.

O ferro gusa é o produto de primeira fusão do minério de ferro e tem cerca de 3,5

a 4,0 % de carbono. É utilizado como matéria prima em fundições e siderúrgicas.

O chamado ferro ( não confundir com o elemento químico ferro ) em termos

técnicos conhecido como ferro fundido é o produto da segunda fusão do gusa, que é tratado

com adição de outros materiais para se chegar a um teor de carbono entre 2,5 e 3,0 % o

que lhe confere propriedades diferentes do aço. Encontramos ferro fundido com teor de

carbono de até 4,3 %.

4. A usina siderúrgica

É a usina siderúrgica quem realiza a transformação, conhecida como redução, do

minério de ferro em aço, pronto para o uso comercial.

Existem dois tipos de usinas:

a siderúrgica não integrada que é aquela que produz o aço a partir da

sucata ( COSIGUA, Eletro Aço );

a integrada que o fabrica a partir do minério de ferro, passando pela

transformação do gusa em aço ( CSN, Açominas, Usiminas, etc.).

A Companhia Siderúrgica Nacional – CSN começou a operar em 1946.

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5. Propriedades do aço

O aço como um dos materiais mais importantes para uso estrutural, tem suas

propriedades bem definidas e, entre elas podemos destacar:

Alta Resistência Mecânica alta capacidade de absorver esforços, principalmente se

comparado com outros materiais disponíveis.

Ductilidade capacidade de se deformar sob ação do carregamento.

Fragilidade é o oposto da ductilidade, produz ruptura brusca.

Resiliência é a capacidade de absorver energia mecânica em regime

elástico.

Tenacidade é a capacidade de absorver energia mecânica com

deformação elástica e plástica.

Dureza é a resistência ao risco ou abrasão

Fadiga provoca ruptura em tensões inferiores às obtidas em

ensaio estático devido ao efeito da ação repetitiva em

grande número

Devemos, ainda, destacar algumas propriedades mecânicas de conhecimento

necessário para o dimensionamento de elementos estruturais de aço.

MÓDULO DE ELASTICIDADE: E = 205.000 MPa = 2.100 tf / cm²

COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA: = 12 x 10-6

/ C

MASSA ESPECÍFICA: = 77,0 kN / m³ = 7,85 t / m³

COEFICIENTE DE POISSON NO REGIME ELÁSTICO: = 0,30

MÓDULO TRANSVERSAL DE ELASTICIDADE: G = E / (2.(1 + ))

G = 78.850 Mpa = 788 tf / cm2

COEFICIENTE DE POISSON NO REGIME PLÁSTICO: p = 0,50

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6. Influência da composição química.

A composição química determina muitas das propriedades do aço, importantes nas

aplicações estruturais. Alguns elementos químicos estão presentes nos aços comerciais

devido aos métodos de obtenção e outros são adicionados para atingir objetivos

específicos.

Relacionamos no quadro abaixo, alguns elementos químicos, e seu efeito quando

presente na composição do aço:

ELEMENTO

QUÍMICO

PONTO

DE

FUSÃO

C

CARACTERÍSTICA DOS ELEMENTOS DE LIGA

NOS AÇO

Alumínio 660 É o elemento mais forte das ligas. É um forte

influenciador da sensibilidade ao envelhecimento. Eleva

a resistência a oxidação. É empregado como elemento

de liga em ligas de imã permanente.

Berílio 1283 A partir de ligas de Cobre-Berílio, são fabricadas molas

espirais para relógios, sendo elas não magnetizáveis.

Possui alta dureza e resistência a corrosão.

Boro 2040 Melhora a têmpera total, mas diminui a resistência a

corrosão.

Cálcio 850 Aumenta a resistência a oxidação dos materiais

condutores de calor.

Carbono É o elemento de liga mais importante e de maior

influência nos aços. Com o aumento do teor de carbono

eleva-se a resistência e a temperabilidade dos aços,

porém diminui sua ductilidade, soldabilidade e

usinabilidade com ferramentas, com levantamento de

aparas. O teor de carbono praticamente não tem

influência sobre a resistência à corrosão provocada por

água, ácidos e gases aquecidos.

Césio 775 É um elemento de purificação, pois é um forte

desoxidante e promove a dessulfuração. Melhora a

resistência à oxidação nos aços termoestáveis.

Chumbo 327 Proporciona excelentes condições de usinagem,

produzindo aparas pequenas.

Cobalto 1492 Empregado como liga em aços rápidos, aços para

trabalho a quente e em materiais altamente resistentes ao

calor.

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ELEMENTO

QUÍMICO

PONTO

DE

FUSÃO

C

CARACTERÍSTICA DOS ELEMENTOS DE LIGA

NOS AÇO

Cobre 1084 Eleva a resistência a tração e o limite de alongamento

dos aços, diminuindo sua maleabilidade. Aumenta a

resistência a oxidação atmosférica.

Cromo 1920 Eleva a resistência mecânica dos aços e reduz

ligeiramente sua ductilidade. Reduz a soldabilidade.

Enxofre 118 Torna o aço quebradiço. Sua presença é prejudicial

sendo tolerado teores de 0,025 a 0,030%.

Fósforo 44 Sua presença é prejudicial ao aço.

Hidrogênio * -262 É um elemento deteriorador do aço. Os torna frágeis e

quebradiços, reduzindo a maleabilidade.

Manganês 1244 Eleva a resistência mecânica e reduz ligeiramente a

ductilidade e a soldabilidade. Reforça a capacidade de

têmpera profunda.

Mobilênio 2610 Eleva a resistência a tração, a resistência ao calor e

melhora a soldabilidade

Niobio/Colombio

Tântalo

1950

3977

Aparecem em conjunto e são estabilizadores em ligas de

aço quimicamente estáveis.

Níquel 1453 Eleva a resistência mecânica dos aços, enquanto reduz

ligeiramente a ductilidade. Eleva a resistência a flexão

por choque.

Nitrogênio * -210 Estabiliza a estrutura dos aços, elevando a resistência a

tração e seu limite de alongamento.

Oxigênio * -218,7 É prejudicial ao aço. Reduz as características mecânicas,

principalmente a resistência a flexão pôr impactos.

Selênio 217 Melhora o resultado de usinagem.

Silício 1410 Eleva a resistência à oxidação, a resistência mecânica e

a massa específica.

Titânio 1812 É um metal duríssimo, empregado em aços austeníticos,

aços resistentes à corrosão, para a estabilização

intercristalina.

Tungstênio 3380 Aumenta a resistência mecânica dos aços, eleva sua

dureza, torna resistente ao calor e à oxidação.

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ELEMENTO

QUÍMICO

PONTO

DE

FUSÃO

C

CARACTERÍSTICA DOS ELEMENTOS DE LIGA

NOS AÇO

Vanádio 1730 É favorável na qualidade dos aços destinados a

construção mecânica e para ferramentas.

Zircônio 1860 Aumenta a vida útil de materiais condutores de calor.

* Ponto de liquefação

PROPRIEDADES ELEMENTOS

C Mn Si S P Cu Ti Cr Nb

RESISTÊNCIA MECÂNICA + + + - + + + +

DUCTILIDADE - - - - - - -

TENACIDADE - - - -

SOLDABILIDADE - - - - - - -

RESISTÊNCIA A

CORROSÃO - + + + + +

DESOXIDANTE + +

LEGENDA: ( +) efeito positivo (-) efeito negativo

7. Principais tipos de Aços Estruturais

A seguir estão relacionados os aços especificados pela ABNT (Associação

Brasileira de Normas Técnicas) para usos estruturais em perfis, chapas e tubos.

Relacionamos, também, os aços ASTM (American Society for Testing and

Materials) de uso permitido pela NBR 8800.

A designação dos aços estruturais, bem como suas características mecânicas, estão

listadas no Anexo A da NBR-8800.

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7.1. AÇOS NORMALIZADOS PELA ABNT

Aço para perfis de elementos estruturais.

NBR-7007

AÇOS PARA PERFIS LAMINADOS PARA USO ESTRUTURAL

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

MR-250 250 400

MR-290 290 415

AR-345 345 450

AR-COR-345A 345 484

AR-COR-345B 345 484

NBR-6648

CHAPAS GROSSAS DE AÇO CARBONO PARA USO ESTRUTURAL

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

USI-SAC-300 300 400

USI-SAC-350 350 500

USI-SAC-450 450 570

CG-24 235 380

CG-26 255 410

USI-SAC – marca comercializada pela USIMINAS

NBR-6649

CHAPAS FINAS A FRIO DE AÇO CARBONO PARA USO ESTRUTURAL

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

CF-24 240 370

CF-26 260 400

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NBR-6650

CHAPAS FINAS A QUENTE DE AÇO CARBONO PARA USO ESTRUTURAL

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

CF-24 240 370

CF-26 260 410

CF-28 280 440

CF-30 300 490

NBR- 5004

CHAPAS FINAS DE AÇO CARBONO DE BAIXA LIGA E ALTA

RESISTÊNCIA MECÂNICA

Classe / Grau fy (MPa) fu (MPa)

F-32 / Q-32 310 410

F-35 / Q-35 340 450

NBR-5008

CHAPAS GROSSAS DE BAIXA LIGA E ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA E

A CORROSÃO ATMOSFÉRICA

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

t < 19 mm 345 480

19 mm > t < 40 mm 315 460

40 mm > t < 100 mm 290 435

NBR-5920 / NBR-5921

CHAPAS FINAS DE BAIXA LIGA E ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA E A

CORROSÃO ATMOSFÉRICA (A FRIO / A QUENTE)

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

Laminado a frio 310 450

Laminado a quente 340 480

Bobinas laminadas a quente 310 450

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NBR-8261

PERFIL TUBULAR DE AÇO CARBONO, FORMADO A FRIO, COM OU SEM

COSTURA, DE SEÇÃO CIRCULAR, QUADRADA OU RETANGULAR, PARA

USO ESTRUTURAL

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

B - CIRCULAR 290 400

B - QUADRADO 317 400

C - CIRCULAR 317 427

C - QUADRADO 345 427

AÇOS ASTM DE USO PERMITIDO PELA NBR-8800

(PARA PERFIS ESTRUTURAIS)

Classe / Grau fy (Mpa) fu (MPa)

AÇOS CARBONO

ASTM A-36 250 400

ASTM-570 – Grau 33 230 360

ASTM-570 – Grau 40 280 380

ASTM-570 – Grau 45 310 410

AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA

ASTM A-441 345 485

ASTM A-572 290 415

AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA E À CORROSÃO

ATMOSFÉRICA

ASTM A-242 345 480

ASTM A-588 345 485

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PARAFUSOS E BARRAS ROSQUEADAS

As especificações relacionadas a seguir são aplicáveis a parafusos e a barras

redondas rosqueadas empregadas como tirantes e chumbadores.

Os parafusos e barras fabricados com aço temperado não podem receber solda e

nem aquecimento para a montagem.

Os parafusos de aço ASTM A 325 são disponíveis também com resistência a

corrosão comparáveis a dos aços AR-COR-345 ou ASTM A 588.

AÇOS USADOS EM PARAFUSOS E BARRAS ROSQUEADAS

Especificação fy

(Mpa)

fu

(Mpa)

Diâmetro Máximo

(mm)

Tipo de

material

REBITES

ASTM A 502

ou EB 49

- 415 -

PARAFUSOS

ASTM A 307 - 415 100 CARBONO

ISO 898 245 390 36 CARBONO

ASTM A 325 635 825 1/2” < d > 1” CARBONO /

TEMPERADO

ASTM A 490 895 1035 1/2” < d > 2 1/2” TEMPERADO

BARRAS ROSQUEADAS

ASTM A 36 250 400 100 CARBONO

ASTM A 588 345 485 100 RESISTENTE À

CORROSÃO

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8. MÉTODO DOS ESTADOS LIMITES

Para os efeitos da NBR-8800, devem ser considerados os estados limites

últimos (ELU) e os estados limites de serviço (ELS).

Os estados limites últimos estão relacionados com a segurança da estrutura

sujeita às combinações mais desfavoráveis de ações previstas em toda a vida útil, durante a

construção ou quando atuar uma ação especial ou excepcional.

Ex: a ruptura mecânica do elemento estrutural.

Os estados limites de serviço estão relacionados com o desempenho da estrutura

em condições normais de uso.

Ex: o deslocamento excessivo

Chamando:

Sd – solicitação de cálculo.

Rn – resistência nominal.

- coeficiente de minoração da resistência do material.

Tem-se:

Sd ≤ Rn

8.1. CARREGAMENTOS

As ações a considerar são classificadas de acordo com a NBR-8681 Ações e

Segurança nas Estruturas em:

PERMANENTES (g): peso próprio da estrutura, de revestimentos, pisos, material

de acabamento e equipamentos.

ACIDENTAL (q): sobrecargas de ocupação da edificação, mobílias, divisórias,

vento, empuxo de terra, variação de temperatura, etc.

EXCEPCIONAIS (e): explosões, choques de veículos, abalos sísmicos, enchentes,

incêndios, etc.

8.2. COEFICIENTES DE MAJORAÇÃO DOS ESFORÇOS

8.2.1. Majoração dos carregamentos

Para o método dos estados limites as cargas resultantes das diversas ações a

que está submetida a estrutura deves ser majorada pelos coeficientes de ponderação

previstos na NBR-8800.

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Chamando:

S – esforço nominal

- coeficiente de majoração (minoração) das ações

Sd – solicitação de cálculo

Tem-se:

A combinação para os casos normais de uso e durante a construção:

Sd = g.g + q1.q1 + (qj.j.qj)

Quando houver cargas excepcionais:

Sd = g.g + E + (q..q)

Onde:

g – carga permanente

q – carga acidental

q1 – carga acidental predominante

E – carga excepcional

- fator de combinação – leva em conta a possibilidade de ocorrência simultânea.

g – coeficiente de majoração (minoração) da ação permanente

q – coeficiente de majoração da ação variável.

Os valores dos coeficientes de majoração (minoração) das ações estão relacionados nas

tabelas a seguir:

COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO (MAJORAÇÃO OU

MINORAÇÃO) PARA AÇÕES PERMANENTES - g

Combinações Grande

Variabilidade

Pequena

Variabilidade

Normais 1,4 (0,9) 1,3 (1,0)

Durante a Construção 1,3 (0,9) 1,2 (1,0)

Excepcionais 1,2 (0,9) 1,1 (1,0)

COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO (MAJORAÇÃO OU MINORAÇÃO) PARA

AÇÕES VARIÁVEIS - q

Combinações Recalques

diferenciais

Variações de

temperatura

Ações de uso Demais ações

variáveis

Normais 1,2 1,2 1,5 1,4

Durante a

construção

1,2 1 1,3 1,2

Excepcionais 0 0 1,1 1,0

Valores entre parênteses correspondem aos coeficientes favoráveis à segurança.

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Cargas permanentes de pequena variabilidade são os pesos próprios de

elementos metálicos e pré fabricados com rigoroso controle de peso.

O efeito de temperatura citado não inclui o gerado por equipamentos, o qual

deve ser considerado como ação decorrente do uso e ocupação da edificação.

FATORES DE COMBINAÇÃO -

Ações

Sobrecargas em pisos de bibliotecas, oficinas e garagens.

Conteúdo de silos e reservatórios.

0,75

Cargas de equipamentos, incluindo pontes rolantes e sobrecargas em

pisos diferentes dos anteriores.

0,65

Pressão dinâmica do vento. 0,60

Variação de temperatura 0,60

Os coeficientes devem ser tomados iguais a 1,0 para ações variáveis não

relacionadas na tabela.

9. BARRAS TRACIONADAS

Ponte Alamillo.

Sevilha, Espanha.

Mastro de sustentação

inclinado, sem ancoragem, e

tirantes de aço em forma de

harpa.

Projeto Santiago Calatrava

9.1. Dimensionamento de barras à tração.

Uma barra de aço submetida ao esforço normal de tração terá duas regiões

distintas de avaliação:

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Trecho Y: região da barra onde o escoamento generalizado não é permitido,

pois inutilizaria a barra devido ao alongamento excessivo.

Trecho U: região com tensão não uniformes devido ao posicionamento dos

conectores onde não pode ocorrer ruptura última da peça.

Denominando:

Nd – esforço normal de cálculo.

Nn – Resistência nominal à força normal.

- coeficiente de redução.

Ag – área bruta.

Ae – área líquida efetiva.

O dimensionamento da barra tracionada atenderá:

a) No trecho Y com seção transversal de área bruta.

Nn = Ag . fy - com = 0,90

b) No trecho U com seção transversal de área efetiva.

Nn = Ae . fu - com = 0,75

A resistência da barra será o menor dos dois valores obtidos e tem-se como

condição de projeto:

Nd ≤ Nn

9.2. Áreas de Cálculo.

A seção transversal de uma barra pode ou não conter furos para a colocação de

conectores.

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Teremos então a seção transversal sem furos e a com furos, definindo uma área

bruta – Ag e uma área líquida – An.

Área Bruta – Ag

Ag = b . t

A área bruta dos perfis industriais pode ser obtida das tabelas dos fabricantes.

Área Líquida – An

d’ – diâmetro do furo para efeito de cálculo (diâmetro a descontar

para cálculo da área líquida).

d – diâmetro do conector (parafuso ou rebite).

Para um furo padrão:

d’ = (d + 1,5) + 2,0 = d + 3,5 mm.

Onde:

1,5 é a folga máxima entre um furo padrão e o parafuso.

2,0 é o dano produzido pela abertura do furo por puncionamento.

An = (b - d’) . t

Furos em Ziguezague

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s - espaçamento longitudinal entre furos consecutivos.

g - espaçamento transversal entre furos consecutivos.

t - espessura da peça.

O aumento da área líquida devido ao rasgo inclinado na seção em ziguezague é

definido pelo comprimento teórico da linha de ruptura expresso, para cada segmento pela

expressão:

(s2/4g)

O acréscimo de área é definido por:

(s2/4g) . t

Área líquida efetiva – Ae.

Para compensar a distribuição das tensões de maneira não uniforme, adota-se

um coeficiente de redução Ct.

Ae = Ct . Ag

Valores de Ct

Ct = 1,0 - quando a transmissão do esforço é feita por todos os elementos da

peça.

Ct = 0,9 – para perfis I e H onde bf ≥ 2/3.d e perfis T cortados destes perfis

com ligações nas mesas, tendo, no caso de ligações parafusadas o número

parafusos maior que três por linha de furação na direção da solicitação.

Ct = 0,85 – para perfis I e H onde bf < 2/3.d e perfis T cortados destes perfis

e todos os demais perfis, incluindo barras compostas, tendo, no caso de

ligações parafusadas, o números de parafusos maior que três por linha de

furação na direção da solicitação.

Ct = 0,75 – para todos os casos quando houver apenas 2 parafusos por linha

de furação na direção da solicitação.