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1. Ligações em estruturas de aço

Bibliografia:

ABNT NBR 8800:2008 – Projeto de estruturas de aço e de estrutura mista de aço e concreto de edifícios

QUEIROZ, G.; VILELA, P. M. L. Ligações, regiões nodais e fadiga de estruturas de aço. Belo Horizonte: Código Editora, 2012.

PFEIL, W.; PFEIL, M. Estruturas de aço. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009

Manual de Construção Metálica – Ligações em estruturas metálicas – Volume 1 e 2Fonte: www.cbca-ibs.org.br

Manual de Construção em Aço – Interfaces Aço-ConcretoFonte: www.cbca-ibs.org.br

1.1. Introdução

O termo ligação é aplicado a todos os detalhes construtivos que promovam a união de partes da estrutura entre si ou a sua união com elemento externos a ela (fundações).

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(a) Viga-viga

Exemplos de ligações

(b ) Placa de base para pilares

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(c) Viga-pilar transmitindo apenas esforço cortante

(d) Viga-pilar engastada

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(e) Emenda de pilar

(f) Emenda de viga

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(g) Ligação em treliça

As ligações são compostas por:

• A) Elementos de ligação:

São todos os componentes incluídos no conjunto para permitir ou facilitar a transmissão dos esforços.

• B) Meios de ligação:São os elementos que promovem a união entre as partes da estrutura para formar a ligação.

• C) Região Nodal:

É o conjunto de todas as ligações de barras que se interceptam, mais as regiões dessas barras afetadas pelas ligações, mais eventuais reforços (enrijecedores), mais a região de eventual elemento de concreto afetada pelas ligações.

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(a) Enrijecedores: (b) Placa de base: (c) Cantoneiras:

A) Elementos de ligação:

(d) Chapas gusset: (e) Talas de alma e de mesa: (f) Partes das peças ligadas envolvidas localmente na ligação:

• B) Meios de ligação:

(a) Soldas: (b) Parafusos:

(c) Barras rosqueadas (chumbadores):

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• C) Região nodal:

Cálculo de ligação

Verificação dos elementos de ligação

Verificação dos meios de ligação

Rd ≥ Sd

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D) Requisitos a serem atendidos pela ABNT NBR 8800:2008

� Permitir a execução de maneira adequada e em boas condições de segurança da fabricação, do transporte, do manuseio e da montagem da estrutura;

� As ligações devem ser dimensionadas para uma força solicitante mínima de 45 kN, com direção e sentido da força atuante.

Exceção: diagonais e montantes de travejamento de barras compostas, barras redondas para tirantes, terças e longarinas.

� Ligações de barras tracionadas ou comprimidas devem ser dimensionadas no mínimo para 50% da força axial resistente de cálculo da barra.

1.2. Classificação das ligações

1.2.1. Segundo os esforços solicitantes

1.2.2. Segundo a rigidez

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1.2.1. Segundo os esforços solicitantes:

Dependendo dos esforços solicitantes e das posições relativas desses esforços e dos grupos de parafusos ou linhas de solda resistentes, as ligações podem ser:

(a) CISALHAMENTO CENTRADO

(b) CISALHAMENTO EXCÊNTRICO

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(c) TRAÇÃO (OU COMPRESSÃO) CENTRADA

(d) TRAÇÃO (OU COMPRESSÃO) COM CISALHAMENTO

1.2.2. Segundo a rigidez:

A rigidez das ligações é a capacidade de impedir a rotação relativa local das peças ligadas.

OU

Capacidade de restrição ao giro imposto pela ligação.

�Uma conexão pode ser flexível (articulada) ou rígida (engastada).

�Ao se aplicar o momento fletor uma ligação rígida não permite rotação, ou seja, o ângulo de rotação entre as partes conectadas é zero.

�Na ligação flexível, ao contrário, esse ângulo seria infinito, ou seja, a rotação é livre.

�Na prática esses limites são inatingíveis.

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�Por análise experimental, pode-se determinar o valor do ângulo de rotação entre as partes conectadas, isto é, o GRAU DE RIGIDEZ da ligação.

�Para efeito de projeto, as ligações “mais rígidas” serão admitidas rígidas, e as ligações “menos rígidas”, flexíveis.

�Atualmente é possível considerar via programas de computador, a semirrigidez das ligações.

Ligação rígida:

�O ângulo entre os elementos estruturais que se interceptam permanece essencialmente o mesmo após o carregamento da estrutura.

�Transmissão integral de momento fletor, força cortante e força normal.

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As ligações rígidas devem ser concebidas de forma a garantir:

�Que as reações de apoio sejam transmitidas ao pilar ou viga que as recebem;�A rotação em torno do eixo longitudinal e a rotação de uma peça em relação à outra no plano da flexão sejam impedidas.

�Os esforços externos são transferidos dos pilares e vigas, por meio de momento fletor, força cortante e força normal (tração ou compressão).

�Admite-se que o binário que compõe o momento fletor atue somente nas mesas da viga, então o momento fletor é transferido da viga ao pilar ao se ligar às mesas.

�A alma também deve ser ligada para transmissão da força cortante.

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Exemplos de ligações rígidas:

Nas ligações rígidas é comum a colocação de enrijecedores na alma do pilar, em continuidade às mesas da viga.

Esse procedimento tem objetivo de impedir a ocorrência de estados-limites últimos relacionados às forças localizadas de compressão e tração na mesa do pilar e também prevenir deformações da mesa e da alma do pilar.

• Ligação rígida viga-pilar segundo a NBR 8800:2008:

Válida somente:

Se a 1ª condição for satisfeita e a 2ª não, a ligação deve ser considerada semi-rígida.

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Ligação flexível:

A restrição à rotação relativa entre os elementos estruturais deve ser tão pequena quanto se consiga obter na prática.

O momento fletor transmitido é muito pequeno, na prática considera-se nulo.Há transmissão integral de força cortante e pode haver transmissão de força normal.

A deformação axial dos parafusos tracionados e, principalmente, a deformação por flexão das cantoneiras permitem a ocorrência da rotação necessária.

As ligações flexíveis devem ser concebidas de maneira a garantir:

�Que as reações de apoio sejam transmitidas ao pilar ou viga que as recebem;

�A rotação de uma peça em relação à outra no plano da flexão (plano da alma no caso de uma viga com seção em forma de “I”;

�Que a rotação em torno do eixo longitudinal seja impedida.

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Exemplos de ligações flexíveis:

• Ligação rotulada viga-pilar segundo a NBR 8800:2008:

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Ligação semi-rígida:

Apresenta um comportamento intermediário entre a ligação rígida e a flexível.

O momento transmitido através da conexão não é nem zero (ou próximo de zero) como no caso das ligações flexíveis e nem o momento máximo (ou próximo dele) como no caso das ligações rígidas.

Ligação semi-rígidaNecessário conhecer a relação

de dependência entre:

Momento resistente e a rotação

Diagrama momento / rotação

Indicadas:-Curvas relativas às ligações rígidas, semi-rígidas e flexíveis;-Reta que relaciona momentos e rotações nos apoios para uma viga submetida a carga uniforme.

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Para viga com carga uniformemente distribuída temos:

- Considerando as conexões nas extremidades teoricamente rígidas, o momento nos apoios será:

- Considerando que a ligação não é teoricamente rígida e permite alguma rotação das seções nos apoios (θ), o alívio do momento nos apoios será:

- O momento real nos apoios será:

- Para θ = 0: (ligação teoricamente rígida)

- Para Μ = 0: (ligação teoricamente flexível)θ

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1.3. Tipos de ligações mais usuais

1.3.1. Ligações viga com viga

1.3.2. Ligações viga com pilar

1.3.3. Emendas de pilar tipo I, H e tubular

1.3.4. Ligação pilar com fundação

1.3.1. Ligações viga com viga

Elevação e perspectiva de uma solução viga-viga parafusada com o uso de cantoneira

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Solução de uma viga soldada diretamente a outra.

1.3.2. Ligações viga com pilar

Solução para cisalhamento com cantoneira ou chapas na alma.

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Com cantoneira de assento para cisalhamento e ou pequenos momentos e chapas de extremidade para ligações a cisalhamento e momento, todas com uso de parafusos.

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Ligações vigas com pilares soldadas:

Ligações vigas com pilares parafusadas e soldadas

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1.3.3. Emendas de pilar tipo I, H e tubular

Emendas de pilares tipo I ou H parafusadas

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Emendas de pilares tipo I ou H soldadas

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1.3.4. Ligação pilar com fundação