Metalicas Parte 1 Tracao

Curso de Estruturas Metlicas

Prof. Marcio Varela Pgina 1

N D I C E PAG.

1. CONSIDERAES GERAIS SOBRE AS ESTRUTURAS METLICAS

1.1. Principais Aplicaes

1.2. Vantagens e desvantagens das Estruturas Metlicas

1.3. Exigncias que se apresentam na execuo de uma Estrutura Metlica

1.4. Critrios de Projeto

2. MATERIAIS EMPREGADOS NAS ESTRUTURAS METLICAS E SUAS PROPRIEDADES

2.1. Aos Estruturais

2.2. Aos para conectores (parafusos) e metal de solda (eletrodos)

2.3. Propriedades Mecnicas dos Aos Estruturais

2.4. Principais tipos de peas estruturais

3. PEAS TRACIONADAS

3.1. Introduo

3.2. Dimensionamento de barras tracionadas

3.3. Exemplos resolvidos

3.4. Dimensionamento de barras tracionadas considerando os critrios da NBR 8800/2008

4. COMPRESSO - COLUNAS SUBMETIDAS A CARGAS AXIAIS

4.1. Introduo

4.2. Flambagem

4.3. Carga de Flambagem

4.4. Tenso de Compresso em Colunas

4.5. Tenses Admissveis Compresso (AISC)

4.6. Exemplos Resolvidos

4.7. Critrios da NBR 8800/2008

5. FLEXO

5.1. Introduo

5.2. Comportamento Elstico e Inelstico das Vigas Metlicas

5.3. Tenses Admissveis Flexo Simples

5.4. Cisalhamento de Flexo

5.5. Centro de Cisalhamento

5.6. Empenamento

5.7. Limitao de Deformaes


6. FLEXO COMPOSTA



6.1. Introduo

6.2. Fora Normal de Trao

6.3. Fora Normal de Compresso


7. LIGAES

7.1. Introduo

7.2. Ligaes com parafusos

7.2.1. Parafusos Comuns

7.2.2. Parafusos de Alta-resistncia

7.2.3. Tipos de Ruptura

7.2.4. Tenses de Corte e de Contato

7.2.5. Ligao Trao

7.2.6. Disposies Construtivas

7.2.7. Ligaes Excntricas Cisalhamento

7.2.8. Exerccios Resolvidos

7.3. Ligaes com Solda Eltrica

7.3.1. Introduo

7.3.2. Tipos de Eletrodos

7.3.3. Tipos de Solda

7.3.4. Tenses em Solda de Entalhe

7.3.5. Tenses em Soldas de Filete

7.3.6. Ligaes Soldadas Excntricas

7.3.7. Exerccios Resolvidos

8. TABELAS

8.1. Perfis Laminados

8.2. Perfis Soldados

9. REFERNCIAS



1. CONSIDERAES GERAIS SOBRE AS ESTRUTURAS METLICAS

Na escolha da melhor forma da construo e de seus elementos, o trabalho do

projetista de estruturas metlicas deve estar fundamentado nos seguintes postulados:

- concepo estrutural otimizada;

- aproveitamento mximo das propriedades dos materiais, com base no estudo e

ensaio dos mesmos;

- a qualidade dos trabalhos de execuo da estrutura baseado nas experincia

anteriores das construes realizadas.

O projetista de estruturas metlicas tem como objetivo principal encontrar, em cada

caso concreto, a soluo mais prtica e racional levando em considerao o nvel atual

de desenvolvimento das cincias e das engenharias.

1.1. Principais Aplicaes

As estruturas metlicas podem ser utilizadas principalmente nas seguintes construes:

a) Obras civis de pequeno porte e instalaes industriais;

b) Estruturas Off Shore (jaquetas, plataformas, etc.);

c) Edifcios civis de grande porte (pavilhes de exposies, cpulas, etc.);

d) Prdios especiais (hangares, estaleiros de construo naval, etc.);

e) Torres para linha de transmisso;

f) Obras de arte especiais (pontes, viadutos, etc.);

g) Aplicaes especiais: comportas, silos, reservatrios, etc.

1.2. Vantagens e Desvantagens das Estruturas Metlicas

1.2.1. As principais vantagens das estruturas de ao so as seguintes:

a) Alta resistncia do material nos vrios estados de tenso (trao, compresso, flexo, etc.),

permitindo aos elementos estruturais suportarem grandes esforos de solicitao, apesar

da seo transversal possuir uma rea relativamente pequena; como conseqncia, as

estruturas em ao, apesar da grande densidade deste material ( 78,5 KN/m3 ), so mais

leves que os elementos de outros materiais e mais prtica para o transporte.



b) Os elementos de ao so fabricados dentro de critrios de aceitao, em oficinas

especializadas o que permite, na montagem, uma maior otimizao no campo, o que

permite diminuir os prazos de concluso da construo;

c) Os elementos de ao oferecem uma grande margem de segurana no trabalho, devido ao

alto nvel de homogeneidade do material, refletindo diretamente nas suas propriedades

fsicas e mecnicas;

d) Os elementos de ao podem ser desmontados e substitudos com facilidade, o que

permite reforar ou substituir facilmente diversos elementos da estrutura.

1.2.2. Como principais desvantagens das estruturas de ao, podem-se assinalar:

a) Os elementos de ao esto sujeitos a corroso, o que requer uma maior

preocupao com manuteno e critrios de preveno como: pintura ou o

emprego de outros mtodos de proteo; ou utilizao de aos especiais de alta

resistncia a corroso, j produzido no Brasil.

b) No caso de construes que so freqentadas por muitas pessoas, necessitando

um certo perodo de tempo para evacuar o local, a estrutura de ao exige uma

proteo contra incndio, que aumenta o seu preo. Essa proteo no

normalmente exigida em estruturas de concreto armado.

1.3. Exigncias na execuo de uma estrutura metlica

As estruturas metlicas devem satisfazer as exigncias de acordo com o objetivo da

respectiva construo. Para diminuir as despesas e o custo com material, preciso escolher de

forma mais racional os esquemas estruturais, as sees dos elementos e os tipos de aos a ser

utilizado. O trabalho do projetista de estruturas metlicas tem, em geral, como documento

bsico de referncia um projeto arquitetnico ou funcional da obra. Nesse projeto,

apresentado sob a forma de desenhos e especificaes, esto indicadas as dimenses

principais da obra e, pela indicao dos espaos que devem ser deixados livres, as dimenses

mximas que podero ter os elementos estruturais. A elaborao de um projeto de Estruturas

Metlicas e de sua execuo de um modo geral, compreendem as seguintes fases:

- O anteprojeto da estrutura;

- Os desenhos de projeto;

- Memria de clculo;

- Os desenhos de fabricao e;

- Os desenhos de montagem.



Critrios de Projeto

O Projeto das Estruturas a escolha dos arranjos e dimenses dos elementos estruturais de

forma que as cargas de servio decorrentes do uso c outras aes externas sejam resistidas

com segurana e os deslocamentos decorrentes estejam dentro de limites aceitveis. Partindo

do princpio de que o estudo de viabilidade e a anlise financeira j terem sido feitos inicia-se o

projeto, cu jo processo iterativo pode ser resumido nas seguintes etapas:

1) Planejamento - Estabelecimento das funes para as quais a estrutura deve servir

(funcionalidade, segurana, economia, esttica etc.) c definio dos critrios que resultaro

em um projeto timo.

2) Configurao estrutural preliminar-Arranjo dos elementos estruturais para atender s

funes do item 1. Aps uma srie de esboos feita a escolha da configurao estrutural

mais conveniente nessa fase.

3) Determinao das cargas - Levantamento de todas as cargas que atuaro na estrutura.

4) Seleo preliminar dos elementos - Com base nas decises das etapas 1,2 e 3, feita a

seleo das dimenses dos elementos para atender a critrios objetivos, tais como menor

peso ou custo.

5) Anlise estrutural - Anlise estrutural envolvendo as cargas levantadas e o modelo

estrutural adotado para obter as foras internas e deformaes desejadas em alguns pontos.

6) Avaliao - Esto sendo atendidos todos os requisitos de resistncia e utilizao e o

resultado est de acordo com os critrios preestabelecidos?

7) Novo projeto - Dependendo da comparao do item anterior, ser necessria a repetio de

qualquer parte da seqncia de 1 a 6, o que representa um processo iterativo.

8) Deciso final - A determinao se foi ou no encontrado o projeto timo.

SEGURANA E FILOSOFIAS DE PROJETO

As estruturas e os elementos estruturais devem ter resistncia adequada, bem como rigidez e

dureza para permitir funcionalidade adequada durante a vida til da estrutura. O projeto deve

prover ainda alguma reserva de resistncia, acima das que seriam necessrias para resistir s

cargas de servio, ou seja, a estrutura deve prever a possibilidade de um excesso de carga

(solicitao).

Existem duas filosofias de projeto correntemente em uso:

Projeto pelos estados limites

(referenciado pelo AISC como projeto pelos fatores de carga e de resistncia ou LRFD "Load &

Resistance Factor Design")

- Projeto pelas resistncias admissveis



(referenciado pelo AISC como projeto pelas resistncias admissveis ou ASD "Alowable

Strength Design").

PROJETO PELOS ESTADOS LIMITES - LRFD (ADOTADO PELA ABNT NBR 8800)

Durante os ltimos anos, tem se estudado processos de projeto que utilize a expresso geral

da segurana estrutural, e o Al S C lanou em 1986 a sua primeira especificao para o projeto

de estruturas metlicas, com base no critrio dos fatores de carga e de resistncia - LRFD,

baseada em adaptaes de mtodos probabilsticos. Desde ento cada vez maior o nmero

de normas que adotam o novo cdigo, sendo o mtodo de clculo adotado tambm pela NBR

8800 desde a sua primeira edio em 1986.

A edio de 2008 da NBR 8800 passou a adotar tambm os critrios de verificao da

segurana estrutural da ABNT NBR 8681, que so aplicveis s estruturas e s peas estruturais

construdas com quaisquer dos materiais usualmente empregados na construo civil e utiliza

a seguinte expresso para a verificao da segurana estrutural:

Rd Sd

Onde: Rd = Resistncia de clculo

Sd = Solicitao de clculo

=m

u

dR

R

Representa os valores de clculo dos esforos resistentes, conforme o tipo de

situao, obtidos dividindo-se as resistncias ltimas pelo respectivo coeficiente de

ponderao m que leva em conta as incertezas das resistncias (fator de resistncia).

= SS fd representa os valores de clculo dos esforos atuantes, com base nas

combinaes ltimas das aes, obtidos multiplicando-se cada tipo dc esforo que compe a

combinao pelos respectivos coeficientes de ponderao f que levam em conta as incertezas

das solicitaes (fatores de carga).

A expresso geral da segurana estrutural para uma solicitao isolada pode ser escrita, como:

SR fm

u



Como as aes podem atuar juntas, estas devem ser combinadas de acordo com a

probabilidade de atuarem simultaneamente sobre a estrutura, durante um perodo

estabelecido e a expresso geral da segurana estrutural para uma combinao de aes ser:

=

m

iifi

m

u SR1

O ndice iiii no coeficiente dc ponderao das aes indica que para cada tipo de solicitao Si

(carga permanente - CP, carga acidental - CA ou carga devida aos ventos - CV), tem o seu nvel

de incerteza e estar associada a um correspondente fi.

Para definir os coeficientes utilizados, vamos definir primeiramente as cargas dadas na NBR

8800/2008.

1.3.1.1. Aes e combinaes de aes

1.3.1.1.1. Valores e classificao

As aes a serem adotadas no projeto das estruturas e seus componentes so as estabelecidas

pelas normas brasileiras NBR 6120, NBR 6123 e NBR 7188, ou por outras normas aplicveis, e

tambm pelo anexo B desta Norma. Conforme a NBR 8681, estas aes so classificadas

segundo sua variabilidade no tempo, nas trs categorias a seguir:

- FG: aes permanentes - aes decorrentes do peso prprio da estrutura e de todos os

elementos componentes da construo (pisos, telhas, paredes permanentes, revestimentos e

acabamentos, instalaes e equipamentos fixos, etc.), as quais so chamadas de aes

permanentes diretas, e as aes decorrentes de efeitos de recalques de apoio, de retrao dos

materiais e de protenso, as quais so chamadas de aes permanentes indiretas;

- FQ: aes variveis - aes decorrentes do uso e ocupao da edificao (aes devidas a

sobrecargas em pisos e coberturas, equipamentos e divisrias mveis, etc.), presso

hidrosttica, empuxo de terra, vento, variao de temperatura, etc.;

- FQ,exc: aes excepcionais - aes decorrentes de incndios, exploses, choques de

veculos, efeitos ssmicos, etc.



Nas regras de combinaes de aes para os estados limites ltimos e de utilizao, as aes

devem ser tomadas com seus valores caractersticos de acordo com a NBR 8681. As aes

excepcionais podem ser tomadas com seus valores convencionais excepcionais.

1.3.1.2. Combinaes de aes para os estados limites ltimos

As combinaes de aes para os estados limites ltimos, de acordo com a NBR 8681,

so as seguintes:

a) combinaes ltimas normais

b) combinaes ltimas especiais ou de construo (situao transitria):

b) c) combinaes ltimas excepcionais, exceto para o caso em que a ao excepcional

decorre de incndio (ver 4.7.2.2):

Onde:

FGi so as aes permanentes;

FQ1 a ao varivel considerada como principal nas combinaes normais, ou como

principal para a situao transitria nas combinaes especiais ou de construo;

FQj so as demais aes variveis;

FQ,exc a ao excepcional;

( ) ( )QjjqjnjQqGigim

iFFF 02111 ++ ==



gi so os coeficientes de ponderao das aes permanentes, fornecidos pela tabela 1

(para maiores informaes, deve ser consultada a NBR 8681);

qj so os coeficientes de ponderao das aes variveis, fornecidos pela tabela 1

(para maiores informaes, deve ser consultada a NBR 8681);

oj so os fatores de combinao das aes variveis que podem atuar

concomitantemente com a ao varivel principal FQ1, nas combinaes normais,

conforme a tabela 2;

oj,ef so os fatores de combinao efetivos das aes variveis que podem atuar

concomitantemente com a ao varivel principal FQ1, durante a situao transitria,

ou com a ao excepcional FQ,exc. O fator oj,ef igual ao fator oj adotado nas

combinaes normais, salvo quando a ao principal FQ1 ou a ao excepcional;

Q,exc tiver um tempo de atuao muito pequeno, caso em que oj,ef pode ser tomado igual ao correspondente 2 (tabela 2).



Aes permanentes diretas agrupadas: quando C A > 5 kN/m2 g = 1,35

quando CA < 5 kN/m2 g = 1,40

Aes permanentes (g) 1,3 Diretas

Peso prprio

de estruturas

metlicas

Peso

prprio de

estruturas

prmoldadas

Peso prprio de

estruturas

moldadas no

local e de

elementos

construtivos

industrializados

Peso prprio de

elementos

construtivos

industrializados

com adies in

loco

Peso prprio

de elementos

construtivos

em geral e

equipamentos

Indiretas

Combinaes

Normais 1,25

(1,00)

1,30

(1,00)

1,35

(1,00)

1,40

(1,00)

1,50

(1,00)

1,20

(0)

Durante a

Construo

1,15

(1,00)

1,20

(1,00)

1,25

(1,00)

1,30

(1,00)

1,40

(1,00)

1,20

(0)

Excepcionais 1,10

(1,00)

1,15

(1,00)

1,15

(1,00)

1,20

(1,00)

1,30

(1,00)

1,20

(0)

Aes Variveis (q) 1,4 Efeito da temperatura

2 Ao do vento Demais aes variveis, incluindo

as decorrentes do uso e ocupao

Normais 1,20 1,40 1,50

Durante a

Construo

1,00 1,20 1,30

Excepcionais 1,00 1,00 1,00

NOTAS:

1 . Os valores entre parnteses correspondem aos coeficientes para as aes permanentes favorveis segurana;

aes variveis e excepcionais favorveis segurana no devem ser includas nas combinaes.

2 . O efeito de temperatura citado no inclui o gerado por equipamentos, o qual deve ser considerado como ao

decorrente do uso e ocupao da edificao.

3 . As aes permanentes diretas que no so favorveis segurana podem, opcionalmente, ser consideradas todas

agrupadas, com coeficiente de ponderao igual a 1,35 quando as aes variveis decorrentes do uso e ocupao forem

iguais ou superiores a 5 kN/m2, ou 1,40 quando isso no ocorrer.

4 . Se as aes permanentes diretas que no so favorveis segurana forem agrupadas, as aes variveis que no

so favorveis segurana podem, opcionalmente, ser consideradas tambm todas agrupadas, com coeficiente de

ponderao igual a 1,40 quando as aes variveis decorrentes do uso e ocupao forem iguais ou superiores a 5

kN/m2, ou 1,50 quando isso no ocorrer (mesmo nesse caso, o efeito da temperatura pode ser considerado

isoladamente, com o seu prprio coeficiente de ponderao).

Tabela 1. Coeficientes de ponderao das aes



Combinaes de aes para os estados limites de utilizao

Nas combinaes de aes para os estados limites de utilizao so consideradas todas as

aes permanentes, inclusive as deformaes impostas permanentes, e as aes variveis

correspondentes a cada um dos tipos de combinaes, conforme indicado a seguir:

a) Combinaes quase permanentes de utilizao (combinaes que podem atuar durante grande parte do perodo de vida da estrutura, da ordem da metade deste

perodo):

b) Combinaes freqentes de utilizao (combinaes que se repetem muitas vezes

durante o perodo de vida da estrutura, da ordem de 105 vezes em 50 anos, ou que

tenham durao total igual a uma parte no desprezvel desse perodo, da ordem de

5%):

c) Combinaes raras de utilizao (combinaes que podem atuar no mximo algumas

horas durante o perodo de vida da estrutura):

Onde:

FGi so as aes permanentes;

FQ1 a ao varivel principal da combinao;

1j FQj so os valores freqentes da ao;

2j FQj so os valores quase permanentes da ao;

1j, 2j so os fatores de utilizao, conforme Tabela 2.



Tabela 2. Fatores de combinao e fatores de utilizao Aes oj1

1j

2j

Variaes uniformes de temperatura em relao mdia anual local 0,6 0,5 0,3 Presso dinmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0 Aes decorrentes do uso e ocupao:

- Sem predominncia de equipamentos que permanecem fixos por longos

perodos de tempo, nem de elevadas concentraes de pessoas

- Com predominncia de equipamentos que permanecem fixos por longos

perodos de tempo, ou de elevadas concentraes de pessoas

- Bibliotecas, arquivos, depsitos, oficinas e garagens

0,5

0,7

0,8

0,4

0,6

0,7

0,3

0,4

0,6 Cargas mveis e seus efeitos dinmicos:

- Vigas de rolamento de pontes rolantes

- Passarelas de pedestres

1,0 0,6

0,8 0,4

0,5 0,3

NOTA:

1 . Os coeficientes oj devem ser admitidos como 1,0 para aes variveis de mesma natureza da

ao varivel principal FQ1.

Obs1: As combinaes de aes ltimas excepcionais para os estados limites ltimos em

situao de incndio devem ser determinadas de acordo com a NBR 14323.

Obs2: Para os casos de combinaes de aes referentes aos estados limites ltimos ou de

utilizao no previstos nesta Norma, devem ser obedecidas as exigncias da NBR 8681.

ELEMENTOS ESTRUTURAIS

Para facilitar o entendimento do comportamento estrutural do elemento na determinao das

condies estados limites ltimos, separa-se os elementos de ao que compem uma

estrutura em funo do tipo dc carga que atua sobre eles. Os elementos estruturais ento so

divididos em:

ELEMENTOS TRACIONADOS ou TIRANTES: Tem como solicitao a trao axial T e

comportamento similar ao do corpo de prova de um ensaio de trao. Ocorrem normalmente

nas cordas e diagonais de trelias, nos contraventamentos, nos suportes de pisos suspensos,

nos cabos de sistemas de coberturas, etc.



ELEMENTOS COMPRIMIDOS ou PILARES: Tem como solicitao a compresso axial C

e ocorrem nas cordas e diagonais de trelias, e nos pilares dos edifcios.

ELEMENTOS FLETIDOS ou VIGAS: Tem como solicitao o momento fletor M e o

esforo cortante V e ocorre nas vigas dos edifcios.

ELEMENTOS FLETIDOS COMPRIMIDOS ou VIGA-PILAR: Quando ocorre a ao

simultnea de flexo e compresso, a seo depender do tipo de ao que predominante.

Encontrados nas estruturas em prticos, tanto funcionando como pilares ou tambm como

vigas.

NORMAS ESTRUTURAIS

As normas so o resumo do resultado da experincia acumulada em cada rea de

conhecimento e devem estar em contnuo aperfeioamento, com base nas ltimas pesquisas e

testes. O seu emprego garante ao projetista um projeto seguro e econmico. Podemos

empregar normas nacionais e estrangeiras, devendo-se entretanto tomar muito cuidado ao se

misturar recomendaes de diferentes normas.

As principais normas ABNT aplicveis para a construo com estruturas metlicas so:

NBR 5884 - Perfil estrutural soldado por arco eltrico;

NBR 6120 - Cargas para o clculo de estruturas dc edifcios;

NBR 6123 - Foras devidas aos ventos em edificaes;

NBR 6648 - Chapas grossas de ao carbono para uso estrutural;

NBR 6650 - Chapas finas quente de ao carbono para uso estrutural;

NBR 7007 - Aos-carbono e microligados para uso estrutural geral;

NBR 8800 - Projeto dc estruturas dc ao e dc estruturas mistas dc ao e concreto de edifcios;

NBR 14323 - Dimensionamento de estruturas de ao de edifcios em situao ce incndio;

NBR 14432 - Exigncias de resistncia ao fogo de elementos construtivos de edificaes;

NBR 15279 - Perfil estrutural dc ao soldado por eletrofuso.



MATERIAIS AOS ESTRUTURAIS

Os aos estruturais aprovados para uso nas Estruturas Metlicas so listados a seguir. Na

Tabela 2.1 so apresentadas as propriedades mecnicas utilizadas nos clculos, algumas

informaes complementares, bem como uma lista de outros aos cujo uso tambm

permitido.

No item 2.3 so apresentados os materiais usados em parafusos e pinos.

NBR 7007 - Aos-carbono e microligados para uso estrutural e geral;

NBR 6648 - Chapas grossas dc ao-carbono para uso estrutural;

NBR 6649 - Chapas finas a frio de ao-carbono para uso estrutural;

NBR 6650/ASTM A36 - Chapas finas a quente de ao-carbono para uso estrutural;

NBR 50(X)/ASTM A572 - Chapas grossas de ao de baixa liga e alta resistncia mecnica;

NBR 5004/ASTM A572 - Chapas finas dc ao dc baixa liga c alta resistncia mecnica;

NBR 5008/ASTM A709 - Chapas grossas dc ao de baixa liga c alta resistncia mecnica,

resistentes corroso atmosfrica, para uso estrutural - Requisitos;

NBR 5920/ASTM A588 - Chapas finas a frio e bobinas finas a frio, de ao de baixa liga,


NBR 592 l/ASTM A588 - Chapas finas a quente e bobinas finas a quente, de ao de baixa liga,


NBR 8261 - Perfil tubular, de ao-carbono, formado a frio, com e sem costura, de seo

circular, quadrada ou retangular para uso estrutural.

PARAFUSOS, PINOS E BARRAS ROSQUEADAS

- OS PARAFUSOS DEVEM SATISFAZER A UMA DAS SEGUINTES ESPECIFICAES

a) ASTM A307 - Conectores dc ao de baixo teor dc carbono rosqueados externa e

internamente;

b) ASTM A325 - Parafusos de alta resistncia para ligaes em estruturas de ao, incluindo

porcas adequadas c arruelas planas endurecidas;

c) ASTM A490 - Parafusos dc alta resistncia dc ao-liga temperado e revenido, para ligaes

em estruturas de ao.

- Os PINOS SO NORMALMENTE ENCONTRADOS NAS ESPECIFICAES ASTM A35 OU

SAE-1020 (fu = 38,7 kN/cm2)



- BARRAS REDONDAS ROSQUEADAS

As propriedades mecnicas e a composio qumica dos aos usados em barras redondas

rosqueadas devem estar de acordo com as normas correspondentes listadas para os aos

estruturais e parafusos. As roscas devem obedecer s normas aplicveis a parafusos. As porcas

devem ter resistncia adequada ao tipo dc ao que for usado nas barras.

METAL DE SOLDA E FLUXO PARA SOLDAGEM

Os eletrodos e fluxos devem obedecer a uma das seguintes especificaes onde aplicvel:

a) AWS A5.1 - Especificao para eletrodos de ao doce, revestidos, para soldagem por arco

eltrico;

b) AWS A5.5 - Especificao para eletrodos de ao de baixa liga, revestidos, para soldagem por

arco eltrico;

c) AWS A5.17 - Especificao para eletrodos nus de ao doce e fluxo, para soldagem por arco

submerso;

d) AWS A5.18 - Especificao para eletrodos dc ao doce, para soldagem por arco eltrico com

proteo gasosa;

e) AWS A5.20 - Especificao para eletrodos de ao doce, para soldagem por arco com fluxo no

ncleo;

f) AWS A5.23 - Especificao para eletrodos nus de ao de baixa liga e fluxo, para soldagem por

arco submerso;

g) AWS A5.28 - Especificao para eletrodos de baixa liga, para soldagem por arco eltrico com

proteo gasosa;

h) AWS A5.29 - Especificao para eletrodos de baixa liga, para soldagem por arco com fluxo

no ncleo.

PROPRIEDADES MECNICAS Para efeito de clculo devem ser adotados, para os aos aqui relacionados, os seguintes

valores, na faixa normal de temperaturas atmosfricas:

a) E = 200.000 MPa, mdulo dc elasticidade do ao (todos os aos); (20.000 kN/cm2)

b) G = 77.200 MPa, mdulo de elasticidade transversal do ao (todos os aos); (7.720 kN/cm2);

c) a = 0,3; coeficiente de Poisson;

d) a = 12 x IO-6 por C-1, coeficiente dc dilatao trmica; e) a = 78,5 kN/m3, massa especfica (0,000078 kN/cm3) = 7850 kg/m3



RESISTNCIA DOS AOS ESTRUTURAIS

Todo projeto de estruturas de ao parte de algumas caractersticas mecnicas importantes do

ao que so o Limite de Escoamento e o Limite de Ruptura.

O teste usado para a determinao das propriedades mecnicas do ao o Ensaio dc Trao

com corpo-de-prova padronizado. A Figura 2.1 mostra o resultado tpico de um ensaio de

trao para o ao ASTM A36 e A588.

Os Limites de Escoamento e Ruptura so os valores mnimos garantidos pelos fabricantes do

ao, baseados na mdia estatstica de valores obtidos em um grande nmero de testes.

TIPOS DE AOS ESTRUTURAIS

A Tabela 2.1 fornece os Limites de Escoamento e Ruptura dos aos estruturais mais usados.

Figura 2.1 Diagrama Tenso x Deformao

Tabela Propriedades mecnicas mnimas



BITOLAS DAS CHAPAS ENCONTRADAS NO MERCADO

CARGAS NAS EDIFICAES

INTRODUO

A estrutura deve ter resistncia para suportar as cargas e suas combinaes, manter as

deformaes elsticas verticais e horizontais correspondentes dentro dos limites especficos e

ainda manter as vibraes nos pisos dentro de nveis de conforto compatveis.

Entende-se por cargas todas as aes impostas pela gravidade (peso prprio), meio ambiente

(vento etc.) e as devidas ao uso da estrutura (sobrecargas ou acidentais). Essas cargas so

denominadas aes externas e consistem em:

1. Cargas permanentes - CP

Peso dos elementos da estrutura;

Pesos de todos os elementos da construo permanentemente suportados pela estrutura,

tais como: pisos, paredes fixas, coberturas, forros, escadas, revestimentos e acabamentos;

Pesos dc instalaes, acessrios c equipamentos permanentes, tais como tubulaes de

gua, esgoto, guas pluviais, gs, dutos c cabos eltricos;

Quaisquer outras aes de carter permanente ao longo da vida da estrutura.



2. Cargas acidentais - CA

Sobrecargas distribudas em pisos devidas ao peso de pessoas;

Objetos e materiais estocados;

Cargas de equipamentos: elevadores, centrais de ar-condicionado;

Peso de paredes removveis;

Sobrecargas cm coberturas;

Empuxos de terra e presses hidrostticas.

3. Cargas devidas ao vento - C V

Presso ou suco dc rajadas devidas ao vento.

4. Outras cargas

Variaes de temperatura (diferena entre a temperatura mnima e mxima da estrutura);

Cargas ssmicas (efeitos dc terremotos);

Cargas de neve;

Recalques de fundaes;

Deformaes impostas.

A fim de resguardar a segurana do pblico, as autoridades estabelecem cdigos de

construo mediante os quais so controladas as construes. Esses cdigos prescrevem as

cargas mnimas, a resistncia e a qualidade dos materiais, procedimentos de fabricao e

muitos outros fatores importantes.

DESLOCAMENTOS MXIMOS

Os valores mximos requeridos para os deslocamentos verticais c horizontais dados na Tabela

3.6, so os limites para os casos mais comuns nas construes de edifcios, e so valores

prticos utilizados para verificao do Estado Limite de Servio (ELS) de deslocamentos

excessivos da estrutura, devendo ser entendidos como valores prticos recomendados.

Em alguns casos, limites mais rigorosos podem ter que ser adotados, considerando, por

exemplo, o uso da edificao, as caractersticas dos materiais de acabamento, o

funcionamento adequado de equipamentos, questes de ordem econmica e a percepo de

desconforto.

O responsvel tcnico pelo projeto deve decidir quais combinaes de servio devem ser

usadas, conforme o elemento estrutural considerado, as funes previstas para a estrutura, as

caractersticas dos materiais de acabamento vinculados e a seqncia de construo.



Os valores mximos para os deslocamentos verticais (flechas) e horizontais so dados na

Tabela 3.6. No caso dos deslocamentos verticais, os valores tm como referncia uma viga

simplesmente apoiada, mostrada na Figura 3.2, na qual:

0: a contraflecha da viga; 1: o deslocamento devido s aes permanentes, sem efeitos de longa durao; 2: o deslocamento devido aos efeitos de longa durao das cargas permanentes (se houver); 3: o deslocamento devido s aes variveis; max: o deslocamento mximo da viga no estgio final de carregamento; total = 1+ 2 + 3

Figura 3.2 - Deslocamentos verticais a serem considerados.

No clculo dos deslocamentos verticais a serem comparados com os valores mximos dados

na Tabela 3.6, pode-se deduzir o valor da contraflecha da viga at o limite do valor da flecha

proveniente das aes permanentes (5, da Figura 3.2).

Atender aos valores de deformaes limites apresentados na Tabela 3.6 no exclui a

necessidade de verificar possveis estados limites referentes a vibraes excessivas.



- Deslocamentos mximos para edifcios

Notas:

L o vo terico entre apoios (para vigas biapoiadas) ou o dobro do comprimento terico do balano;

H a altura total do pilar (distncia do topo base);

h a altura do andar (distncia entre centros das vigas de dois pisos consecutivos);

em telhados de pequena declividade, deve-se evitar tambm a ocorrncia de empoamento.

caso haja paredes de alvenaria sobre ou sob uma viga de piso, solidarizadas com esta viga, o deslocamento vertical tambm no

deve aceder a 15 mm.



Membros Tracionados

O dimensionamento de elementos estruturais sujeitos a uma carga axial de

trao, apesar de ser um dos problemas mais simples da engenharia estrutural, apresenta

vrios aspectos importantes do comportamento estrutural metlico.

Membros tracionados ocorrem em vrios tipos de construo e so

constitudos de cabos, barras rosqueadas, ou perfis simples e compostos.

Os cabos so utilizados em: ponte suspensa e estaiada, coberturas com estais, coberturas com

telhado apoiado em cabos, e torres com estais.

As barras rosqueadas so utilizadas como: suporte de teras e vigas de tapamento,

contraventamento em X (xizamento) e tirantes de arcos.

Finalmente, os perfis simples e compostos so utilizados em: pendurais, contraventamento em

X, barras de estruturas de torres de transmisso, barras de trelias de coberturas, barras de

trelias de edifcios, barras de trelias de pontes.

O comportamento de membros tracionados difere do comportamento das amostras do ensaio de tenso-deformao do ao em funo de fatores tais como tenso

residual, imperfeies da pea, do carregamento e furos na seo transversal.

REA BRUTA, REA LQUIDA E REA LQUIDA EFETIVA

rea bruta (Ag) de um elemento a soma dos produtos da espessura pela largura bruta de

cada componente da seo, medida normalmente ao e i x o do elemento. Para cantoneiras, a

largura bruta a soma das larguras das abas menos a espessura.

rea lquida (An) de um elemento a soma dos produtos da espessura pela largura lquida de

cada componente da seo, calculado como segue:

a) em ligaes parafusadas, a largura dos furos no executados com broca deve ser

considerada 2,0 mm maior que a dimenso nominal desses furos. Como o furo padro e f e i to

1,5 mm maior que o dimetro nominal dos parafusos, nesses casos, o dimetro do furo para

efeito de clculo da rea lquida ser igual ao dimetro d o parafuso mais 3,5 mm;



b) no caso de uma srie de furos distribudos transversalmente ao eixo da barra, em diagonal

ou em ziguezague, a largura lquida dessa parte da barra deve ser calculada deduzindo-se da

largura bruta a soma das larguras de todos os furos da cadeia, e somando-se para cada linha l i

g a n d o dois furos a quantidade s2/4g , onde:

s a distncia l o n g i t u d i n a l dc centro a centro entre dois furos consecutivos;

g a distncia transversal de centro a centro entre duas linhas de furos.

Figura Ilustrao dos espaamentos s e g para os furos 1 e 2.

c) a largura lquida crtica daquela parte da barra ser obtida pela cadeia de furos que produza

a menor das larguras crticas, para as diferentes possibilidades de linhas de ruptura;

Exemplo

- Determinar a rea lquida mnima da placa da figura abaixo. So utilizados parafusos de 22,2

mm puncionados.

df = 22,2 + 3,5 = 25,7 mm = 2,57 cm

Seo ABCD

b = 305 2 x 25,7 = 253,6 mm

Seo ABECD



mmb 44,24615,739,111,773051024

54644

547,25330522

=++=

+

+=

Seo ABEF

mmb 99,26439,114,51305644

547,2523052

=+=

+=

Seo ABEGH

mmb 08,24079,039,111,773051024

18644

547,25330522

=++=

+

+=

Como a menor distncia encontrada foi a da seo ABEGH, ela controla. Assim a rea mais

crtica ser:

251,152435,608,240 mmAn ==

rea lquida efetiva (Ae) de um elemento a rea lquida efetivamente tensionada

(descontando-se as reas que no esto tensionadas), dada por:

;nte ACA =

onde:

Ct um coeficiente de reduo da rea lquida que tem os seguintes valores:

a) Ct = 1,00 quando a fora de trao for transmitida diretamente para cada um dos

componentes da seo transversal da barra (abas, alma, ctc.) por soldas ou parafusos;

b) ;g

ct A

AC = quando a fora de trao for transmitida somente por soldas transversais, sendo:

Ac a rea da seo transversal dos componentes conectados;

c) ;90,0160,0 =c

ct l

eC nas barras de sees transversais abertas, quando a fora de

trao for transmitida para alguns (no todos) componentes da seo transversal (abas, alma,

etc.) somente por parafusos ou somente por soldas longitudinais ou ainda por uma

combinao de soldas longitudinais e transversais, sendo ec a excentricidade da ligao e llllc o

comprimento efetivo da ligao na direo da fora axial (nas ligaes soldadas, igual ao

comprimento da solda e nas ligaes parafusadas igual distncia do primeiro ao ltimo

parafuso);



Parafuso em uma das abas. Solda Longitudinal e Transversal

Tratada como viga T.

Figura - Determinao da ec em sees abertas.

Tratada a metade da mesa e

uma parte da alma. Como uma

cantoneira.

Tratada como uma cantoneira.



d) nas chapas planas, quando a fora de trao for transmitida somente por soldas

longitudinais ao longo de ambas as suas bordas;

b;21,5b para 75,01,5b;2b para 87,0

2b; para 00,1

>=>=

=

wt

wt

wt

lClC

lC

Figura Chapa plana com fora de trao transmitida por solda longitudinal

e) ;90,0160,0 =c

ct l

eC nas barras com sees tubulares, quando a fora for transmitida

por meio de uma chapa de ligao concntrica ou por chapas de ligao em dois lados opostos

da seo, desde que o comprimento da ligao llllc no seja inferior dimenso da seo na

direo paralela (s) chapa(s) de ligao;

( )bddbd

ec +

+=

422

( )bdd

ec +=

4

2

Obs: frmulas vlidas apenas para sees constantes

Figura .4 - Valor de ec em seo tubular retangular

f) nas barras com sees tubulares circulares, quando a fora de trao for transmitida por

meio de uma chapa de ligao concntrica:

- Ct = 1,00 se o comprimento da ligao Dlc 3,1

- ;90,0160,0 =c

ct l

eC se o comprimento da ligao DlD c >3,1



CONDIES DE RUNA DOS ELEMENTOS TRACIONADOS

Para que um elemento tracionado seja estvel, devemos ter, com base, na expresso geral

da segurana estrutural:

SdtRdt NN ,,

;tan

;

,

,

tesolicitraodeaxialforaNresistentetraodeaxialforaN

Sdt

Rdt

A runa de um elemento tracionado sob a ao de cargas estticas pode ocorrer pelo escoamento da seo bruta ou pela ruptura da seo lquida (descontados os furos). A distribuio das tenses na seo transversal suposta sempre uniforme. Contudo importante que se considere o efeito de descontinuidade, tais como furos para parafusos ou

mudanas sbitas na seo.

FORA AXIAL DE TRAO RESISTENTE DE CLCULO

A ABNT NBR 8800 estabelece que a fora axial de trao resistente de clculo RdtN , a ser usada

no dimensionamento de um elemento tracionado, exceto para barras redondas e barras

ligadas por pinos, e o menor valor obtido dos estados limites ltimos de escoamento na seo

bruta e ruptura na seo lquida efetiva.

Portanto as condies dc estabilidade para os estados limites d o elemento tracionado so:

a) para o escoamento na seo bruta:

10,1,

111,

ygRdtb

m

iSdfi

a

yg

a

ygRdtb

fAN

TfAfA

N

=

>

= =

b) para a ruptura na seo lquida efetiva

35,1,

122,

ueRdte

m

iSdfi

a

uu

a

ueRdte

fAN

TfAfAN

=

>

= =

onde:

Ag a rea bruta da seo transversal da barra;

Ae a rea lquida eletiva da seo transversal da barra (efetivamente tensionada);

fy a resistncia ao escoamento do ao;

fu a resistncia ruptura d o ao.



Recomenda-se ainda o seguinte critrio de projeto para o ajuste do dimensionamento de

elemento estrutural , quanto ao nvel de tenses:

03,18,0,

,



kNN

fAN

Rdtb

a

ygRdtb

3,172710,1

25,07600

,

1,

=

=

2) Ruptura da seo aparafusada

d = + 4 mm = 20 + 3,5 = 23,5 mm

Clculo de bn

Seo ABDE

bn = b - d + b

g

2

4= 380 - 2 x 23,5 = 333 mm

Seo ABCDE

g = g2 + g3 - t = 76 + 114 - 20 = 170 mm

bn = b - d + s

g

2

4= 380 - (3 x 23,5) +

504 76

504 170

2 2

x x+ = 297,9 mm

bn = 297,9 mm

An = bn t = 297,9 x 20 = 5958 mm

2

Ae = Ct An = 1,0 x 5958 mm = 5958 mm

2

kNN

fAN

Rdtu

a

ueRdtu

3,176535,1

40,05958

,

1,

=

=

O escoamento da barra o estado limite mais crtico.

kNNN RdtuRd 3,1765, ==



1) Selecionar um perfil W 200 de ao ASTM A572 Grau 50, para uma fora axial de trao de

630 kN , sendo 130 kN de aes permanentes e 500 kN de aes variveis. O elemento tem um

comprimento de 7,6 m. Verificar a sua resistncia considerando as ligaes parafusadas nas

extremidades conforme figura abaixo.

2) Verificar a resistncia de uma cantoneira L102 x 12,7 de ao ASTM A36, para uma fora axial

de trao de 315 kN, sendo 65 kN de aes permanentes e 250 kN de aes variveis. O

elemento tem um comprimento de 5,0 m. Considerar as ligaes parafusadas nas extremidade

se conforme mostrado.

3) Verificar a resistncia de um perfil WT 155 x 26,0 (cortado do W 310x52,0) de ao ASTM

A572 Grau 50, para uma fora axial de trao de 630 kN, sendo 130 kN de aes permanentes

e 500 kN de aes variveis. O elemento tem um comprimento de 5,5 m. Consideraras ligaes

soldadas nas extremidades conforme apresentado. Supor que a solda e a chapa de ligao

esto ok.

Metalicas Parte 1 Tracao

Documents

Transcript of Metalicas Parte 1 Tracao