1

RESISTÊNCIA DE PERFIS DE AÇO FORMADOS A FRIO: A NORMA BRASILEIRA NBR 14762 E O MÉTODO DA RESISTÊNCIA DIRETAAutores:Eduardo M. Batista, COPPE/ UFRJ - batista@coc.ufrj.brElaine G. Vazquez, Escola Politécnica/UFRJ -elaine@poli.ufrj.brEliane S. dos Santos, COPPE/UFRJelianesantos@poli.ufrj.br

Contribuição técnica nº 7

2

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO UFRJ

RESISTÊNCIA DE PERFIS DE AÇO FORMADOS A FRIO: A NORMA BRASILEIRA NBR 14762 E

O MÉTODO DA RESISTÊNCIA DIRETA

Eduardo M. Batista, COPPE/ UFRJElaine G. Vazquez, Escola Politécnica/UFRJEliane S. dos Santos, COPPE/UFRJ ago/2010

3

Agenda

• Objetivo• Introdução

• Abordagem Teórica

• Abordagem Experimental

• Discussão dos Resultados

• Conclusões

4

Objetivo

• O presente trabalho relata resultados de análises experimentais e teóricas demontantes de estruturas porta pallet com seção rack, sob compressãosimples, revelando que o método da resistência direta se aplicasatisfatoriamente, inclusive para seções consideradas “não qualificadas”segundo a norma americana do AISI.

O trabalho proposto apresenta a comparação entre resultados teóricos e experimentais e

inclui a influência da furação das paredes na resistência dos perfis sob compressão

simples.

5

Agenda

• Objetivo• Introdução

• Abordagem Teórica

• Abordagem Experimental

• Discussão dos Resultados

• Conclusões

6

Introdução

• Os cálculos da resistência estrutural obedeceram as prescrições danorma brasileira NBR 14762.

• Para os cálculos da resistência dos montantes, o efeito dos furosnas paredes foi considerado a partir das recomendações da normaamericana do RMI (Rack Manufacturers Institute).

• A resistência de montantes foi verificada com auxílio deprocedimentos de cálculo e análise experimental.

Em ambos os casos, como se trata de seções não usuais, a norma brasileira NBR 14762 recomenda (item 6.3) procedimentos experimentais para a auxiliar na definição da resistência

estrutural.

7

Introdução

• Método da Resistência DiretaØ O uso de Método da Resistência Direta requer a determinação das cargas

críticas de flambagem elástica do perfil completo e a aplicação dessainformação junto a uma série de curvas de resistência, determinando assim aresistência última do perfil.

Para a determinação da carga crítica de flambagem elástica local e distorcional foi utilizado o Método das Faixas Finitas, com

auxílio do programa computacional CUFSM, Schafer. O programa experimental visou comprovar os resultados

encontrados nos cálculos teóricos de resistência.

8

Introdução

• Os montantes são perfis de aço formados a frio- PFF de seção rack,com paredes com furação padronizada.

Os montantes estudados fazem parte de sistemas

estruturais para estocagem de produtos,

do tipo porta-pallet,

9

Agenda

• Objetivo• Introdução

• Abordagem Teórica

• Abordagem Experimental

• Discussão dos Resultados

• Conclusões

10

Abordagem Teórica

• Determinação da Resistência Estrutural à CompressãoØ 4 tipos de montantes de perfis de aço formados a frio (PFF) de

seção rack, com paredes com furação padronizada.Ø Todos os PFF foram fabricados a partir de chapas de aço de

padrão não estrutural, em aço padrão SAE 1008. ( fy = 180MPa)

Ø Foram considerados os parâmetros referentes às condições decontorno do montante (Kx=1, Ky=1 e Kt=0,5).

Ø As propriedades geométricas das seções foram extraídas doprograma CUFSM.

11

Abordagem Teórica

• seções transversais dos perfis tipo rack e a denominação dos perfisde acordo com a espessura.

Denominação dos Montantes

Espessura das chapas (mm)

EM80-200 2,00

EM80-265 2,65

EM100-200 2,00

EM100-265 2,65

12

Abordagem Teórica

• Relações Geométricas da Seção Transversal.

13

Abordagem Teórica

• Propriedades Geométricas dos Montantes (programa CUFSM)

14

Abordagem Teórica

Para o cálculo da resistência a compressão simples Pnadotou-se a formulação da norma americana AISI

Pn =qc r Ae f y

Onde:r - coeficiente de redução da flambagem global, local e distorcional, calculado pelo método

da resistência direta.Ae - é a área transversal efetiva (incluindo efeito da furação nas paredes da seção)fy - tensão de escoamento do aço (180 Mpa)qc- 0,85 (coeficiente de resistência segundo a norma americana do AISI, método da

resistência direta).

15

Abordagem Teórica

• Determinação da Resistência Estrutural à Compressão

16

Abordagem Teórica

• Foram calculados os valores da resistência a compressão simples, com comprimentos variando de 100 a 3000mm. O gráfico a seguir apresenta a variação da resistência dos montantes em função do comprimento L, para a seção EM80-200 e EM100-265, respectivamente.

17

Agenda

• Objetivo• Introdução

• Abordagem Teórica

• Abordagem Experimental

• Discussão dos Resultados

• Conclusões

18

Abordagem Experimental

PROGRAMA EXPERIMENTAL – PRIMEIRA ETAPAA primeira etapa do programa experimental consistiu na realização de ensaios para acaracterização do aço, pois, de acordo com informações do fabricante, os aços fornecidoseram de característica não estrutural (SAE 1008). Os ensaios de caracterização do materialforam realizados em prensa calibrada para levantamento de propriedades mecânicas demateriais, no Laboratório de Propriedades Mecânicas do Programa de EngenhariaMetalúrgica e de Materiais da COPPE.

Amostra Corpos Tensão dede Prova Escoamento - MPa

1 longitudinal 320Chapa 3 transversal 325

4 transversal 320

Chapa 2 longitudinal 3204 transversal 3302 longitudinal 263

Chapa 3 transversal 2704 transversal 275

Chapa 1 longitudinal 2753 transversal 285

19

Abordagem Experimental

PROGRAMA EXPERIMENTAL – SEGUNDA ETAPAA segunda etapa consistiu da preparação dos corpos de prova para a execução dos ensaiosde compressão centrada. Cada corpo de prova recebeu em suas extremidades uma chapa deaço. A centragem de cada corpo de prova nessa chapa foi realizada com auxílio de papelmilimetrado.

20

Abordagem Experimental

PROGRAMA EXPERIMENTAL – TERCEIRA ETAPANa terceira etapa, os perfis foram submetidos à compressão centrada. As fotos a seguirmostram a prensa Amsler onde foram realizados os ensaios e os corpos de prova ensaiadospara os montantes EM 100 - 2,00 mm com furo e sem furo, e os montantes EM 80 - 2,00 mmcom furo e sem furo.

21

Agenda

• Objetivo• Introdução

• Abordagem Teórica

• Abordagem Experimental

• Discussão dos Resultados

• Conclusões

22

• A influência dos furos na resistência à compressão desses perfis foi obtidaatravés do método de área efetiva (Ae) calculada conforme a normaamericana RMI, item 4.2.3 da Specification for the design, testing andutilization of industrial steel storage racks.

Onde:- a tensão de escoamento utilizada para cálculo da área efetiva foi a real do aço.- o valor da Anetmin foi obtido a partir da área nominal da seção cheia subtraída da área

dos furos.- utilizou-se (Fn = Pexp/A), como a tensão média de resistência da coluna curta sem furo.

Discussão dos Resultados

( )A QFF Ae

n

y

Q

net= - -æ

èçç

ö

ø÷÷

é

ë

êê

ù

û

úú

1 1 min

23

Discussão dos Resultados

Corpo de ProvaComp(mm)

fy Pn exp Àrea sem

furos Àreanet

min

Anetmin/Ag

MPa (kN) mm2 mm2

CP1 EM100-200 com furo 361 314 115CP2 EM100-200 com furo 361 314 119 578 506 0,88CP3 EM100-200 com furo 361 314 120CP7 EM100-265 com furo 302 260 157CP8 EM100-265 com furo 300 260 150 764 669 0,88CP9 EM100-265 com furo 301 260 147CP13 EM80-200 com furo 330 314 110CP14 EM80-200 com furo 331 314 108 464 392 0,85CP15 EM80-200 com furo 330 314 105CP19 EM80-265 com furo 271 260 153CP20 EM80-265 com furo 271 260 162 615 519 0,84CP21 EM80-265 com furo 271 260 160

24

• O fator Q foi calculado conforme item 9.2.2 da norma citada acima.

Onde:- Para o cálculo de Q, utilizou-se os resultados experimentais dos ensaios de

compressão. - Quanto ao valor da resistência experimental Pexp utilizou-se a força máxima

registrada no ensaio de compressão de coluna curta

Discussão dos Resultados

minnet

expPAf

Qy

=

25

Discussão dos Resultados

CPÁrea efetiva Área Efetiva /

MédiaQ=Pnexp / Fy.Anetmin Ae=(1-(1-Q).(Fn/Fy)Q).Anetmin Área Teórica

CP1 0,73 389 0,67CP2 0,75 401 0,69CP3 0,75 404 0,70 0,69CP7 0,90 606 0,79CP8 0,86 581 0,76CP9 0,83 571 0,75 0,77CP13 0,88 354 0,76CP14 0,88 347 0,75CP15 0,86 338 0,73 0,75CP19 1,10 589 0,96CP20 1,17 624 1,02CP21 1,15 616 1,01 1,00

26

• Rresultados da resistência dos montantes como colunas Os valores a seremadotados estão na última coluna e apresentam elevada segurança comrelação aos resultados experimentais – devido à redução da tensão deescoamento se comparada aos valores medidos do aço.

Discussão dos Resultados

Montante Redução Área Fy Pn Pn /1,1

(mm2) (MPa) (kN) (kN)EM100-200

com furo 0,69 578 180 72 65EM100-265

com furo 0,77 765 180 106 96EM80-200 com furo 0,75 465 180 63 57

EM80-265 com furo 1,00 615 180 111 101

27

• resistência a compressão dos montantes em função do comprimento livre L.

Discussão dos Resultados

28

Agenda

• Objetivo• Introdução

• Abordagem Teórica

• Abordagem Experimental

• Discussão dos Resultados

• Conclusões

29

• A análise experimental de perfis formados a frio submetidos a ações decompressão é indispensável quando as seções não são previstas nasnormas utilizadas para verificação estrutural.

• A tensão de escoamento fixada por norma para aços não estruturais podeconduzir a importante discordância entre os resultados teóricos eexperimentais. E ainda, a limitação da tensão de escoamento para aços nãoestruturais provoca ganho na segurança, pois as resistências calculadas sãobem inferiores às reais, em detrimento da perda de economia.

• O uso de ensaios para comprovar a resistência superior de aços nãoestruturais, também acarretaria em perda de economia, pois seriamnecessários ensaios de caracterização do material para cada bobina de açoque chegasse a fábrica, dada a imprevisibilidade das suas características.

• No caso estudado, a presença de furos foi julgada relevante na consideraçãode perda de resistência à compressão centrada de perfis formados frio.

Conclusões

30

Obrigado!

FIM