Trabalho Final de Curso defendido em 07/06/2015. 1

Estudo do dimensionamento de elementos tracionados e comprimidos

segundo a nova norma de estruturas tubulares ABNT 16239:2013

Samantha Leo Souza Domingues.1;

Graduando, Pontifcia Universidade Catlica de Gois, Goinia, Gois, Brasil

Juliano Geraldo Ribeiro Neto.2

Professor MSc., Pontifcia Universidade Catlica de Gois, Goinia, Gois, Brasil

1 samanthalsd1@hotmail.com;

2 julianogeraldo.puc@gmail.com;

RESUMO: O objetivo deste artigo destacar a importncia de se ter uma norma atualizada para o avano

consistente da construo metlica com perfis tubulares no Brasil. Fornecendo diretrizes fundamentais e as

principais diferenas e novidades em relao ABNT NBR 8800:2008. Independentemente de todas as suas

virtudes, por ser uma norma geral, a ABNT NBR 8800:2008, no contempla de forma precisa diversos aspectos

do desempenho dos elementos estruturais tubulares. Que o caso do valor da fora axial resistente de barras

submetidas a fora axial de trao para o estado-limite ltimo de ruptura da seo lquida, e tambm do valor da

fora axial resistente de barras axialmente comprimidas para o estado-limite ltimo de instabilidade. Foi feito um

estudo sobre o procedimento de clculo do coeficiente de reduo da rea lquida, de barras axialmente

tracionadas e do procedimento de clculo do fator de reduo associado resistncia compresso, de barras

axialmente comprimidas, para ambas as normas. E analisado os benefcios que esse novo formato ir agregar e

contribuir para o uso dos perfis tubulares nos projetos de estruturas de ao no nosso pas.

Palavras-chaves: estruturas de ao, perfis tubulares, dimensionamento.

rea de Concentrao: 05 Estruturas Metlicas

1 INTRODUO

A utilizao de perfil de seo transversal tubular na

construo metlica encontra-se em crescimento no

Brasil devido a vantagens, tais como, alta resistncia

toro, a cargas axiais e aos efeitos combinados.

Associados s vantagens, encontra-se os aspectos de

arrojo e modernidade que proporciona diversidades

de projeto.

Atualmente a NBR 8800:2008 abrange de forma

ampla o projeto de estruturas de ao e mistas de ao

e concreto. Porm, como se trata de uma norma

geral, no contempla com preciso algumas

particularidades de comportamento das estruturas

com perfis tubulares.

Nesse contexto, surge a NBR 16239:2013 Projeto de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e

concreto de edificaes com perfis tubulares.

Mesmo em situaes de comportamento dos perfis

tubulares para as quais a nova norma contm

procedimentos mais precisos, os procedimentos da

NBR 8800:2008 podem continuar sendo utilizados.

Trata-se de uma norma atualizada, que adota como

principais referncias as normas europeias EM

1993-1-1:2007 e EM 1994-1-1:2007, a norma norte

americana ANSI/AISC 360-05 e a norma canadense

CAN/CSA S16.1:2003, que tem contribudo muito

para o avano da construo metlica e mista no

Brasil. Nas situaes onde se achou necessrio,

procedimentos foram adaptados realidade

brasileira, buscando tratar com mais consistncia

situaes comuns em nosso pas. Dessa forma, a

NBR 16239:2013 contribuir para o uso correto,

com os detalhes de projeto mais adequados, de

perfis tubulares tanto em estruturas puramente de

ao quanto mistas de ao e concreto.

Entretanto, o projeto de estruturas de ao e mistas

com perfis tubulares apresenta dificuldades que

podem prejudicar o uso desses perfis. Afirma-se,

inclusive, que muitas vezes adota-se perfis de seo

aberta por esses terem questes j h muito

resolvidas com certificao e confiabilidade.

Assim, uma norma brasileira de estruturas tubulares

tem o mrito de esclarecer como considerar com

consistncia o comportamento das estruturas

tubulares, desde a complexa questo das ligaes at

situaes mais simples, como as das barras

Pontifcia Universidade Catlica de Gois 2

axialmente tracionadas e comprimidas, de modo

compatvel com as demais normas brasileiras.

2 FUNDAMENTAO TERICA

2.1 Aspectos Gerais

Apresenta-se um grande crescimento no uso de

estruturas metlicas, principalmente em grandes

edificaes como, por exemplo, supermercados,

shoppings, ginsios, aeroportos, como ilustra a

Figura 1.

Figura 1 Shopping Passeio das guas. Fonte:

Arquivo Pessoal (2014).

O ao adapta-se com muita facilidade a outros

materiais, tem grande resistncia, leve e permite a

transposio de grandes vos. Alm disso,

elementos estruturais metlicos podem ser

produzidos em uma grande variedade de tipos e

formas.

A velocidade de projeto, fabricao e montagem

uma das grandes vantagens dos perfis em estruturas

metlicas, que so sistemas industrializados, o que

est tornando perceptvel a troca de estruturas

tradicionais de concreto armado por estruturas

metlicas.

Os perfis tubulares so eficientes quando solicitados

por cargas axiais como, por exemplo, em colunas de

edifcios e em sistemas treliados de coberturas

(Figura 2), em pontes e passarelas.

Figura 2 Aeroporto Internacional dos Guararapes,

Recife. Fonte: Finestra (2005).

Os perfis tubulares circulares podem ser fabricados,

com ou sem costura. Os tubos com costura so

produzidos atravs de chapas que so dobradas e

soldadas no encontro das extremidades, (Figura 3).

Os tubos sem costura so produzidos por processo

de laminao a quente, a formao d-se a partir de

uma barra circular macia de ao, (Figura 4).

Os perfis tubulares retangulares tambm podem ser

fabricados a partir de laminados circulares por

processo de conformao a frio.

Figura 3 Perfil com costura. Fonte: Arajo (2011).

Figura 4 Perfil sem costura. Fonte: Pipe Industry (2011)

2.2 Dimensionamento de Barras Tracionadas

A NBR 8800:2008 contempla o dimensionamento

de barras tracionadas constitudas por perfis

Pontifcia Universidade Catlica de Gois 3

tubulares. Entretanto, desenvolveu-se uma frmula

distinta para o clculo do (coeficiente de reduo de rea lquida associado excentricidade na

transmisso de carga entre os elementos), atravs de

ensaios laboratoriais e anlises numricas,

utilizando perfis tubulares.

=[1 + (

)3,2

]10

(1)

Onde:

a excentricidade da ligao, igual a distancia do centro geomtrico, G, a cada plano de cisalhamento

da ligao. As Figuras 5 e 6 indicam como esse

parmetro deve ser considerado.

o comprimento efetivo da ligao (esse comprimento, nas ligaes soldadas, igual ao

comprimento da solda na direo da fora axial).

Figura 5 Ilustrao do valor de no tubo circular. Fonte: NBR 16239:2013.

=

2

(2)

Figura 6 Ilustrao do valor de no tubo retangular. Fonte: NBR 16239:2013.

=2+2

4(+)

2

(3)

Sendo o , usado no clculo da fora axial de trao resistente para o estado-limite ltimo de

ruptura da rea lquida, quando a fora atuante

transmitida por meio de uma chapa de ligao

concntrica, como representado na Figura 7.

Figura 7 Tipos de ligao entre a chapa de ligao

concntrica e o perfil tubular. Fonte: NBR

16239:2013.

2.3 Dimensionamento de Barras Comprimidas

A distribuio de tenses residuais na seo

transversal est diretamente ligada fora axial de

compresso e resistncia de barras (quanto menor

tenso residual, maior a resistncia compresso).

Os perfis tubulares laminados a quente ou tratados

termicamente para alvio de tenses, esto entre os

que possuem menores tenses residuais.

Figura 8 Laminao a quente de perfis circulares. Fonte: inspecaosoldagem.wordpress.com.

A NBR 8800:2008 adota uma nica curva de

resistncia compresso para todas as sees

Pontifcia Universidade Catlica de Gois 4

transversais, a mesma adotada pela norma

americana ANSI/AISC.

A NBR 16239:2013, dentro de seu objetivo de

contemplar com mais rigor o comportamento das

estruturas com perfis tubulares, indica o uso da

curva de resistncia da norma canadense CAN

S16.1:2013, pois foi desenvolvida para perfis

tubulares e alguns outros que sofrem pequena

influncia das tenses residuais na reduo da fora

de compresso.

=1

(1+04,48)

1 2,24 (4)

Onde

o fator de reduo de barras comprimidas

0 o ndice de esbeltez.

3 METODOLOGIA

Este artigo se valeu de pesquisa bibliogrfica para

fundamentar a apresentao da nova norma de perfis

tubulares (NBR 16239:2013 - Projeto de Estruturas

de Ao e de Estruturas Mistas de Ao e Concreto de

Edificaes com Perfis Tubulares). Aps este estudo

foram analisados os principais temas abordados pela

norma, que so de suma relevncia para o

desenvolvimento e evoluo dos projetos de

estruturas de ao e mistas de ao e concreto em

estruturas tubulares no nosso pas.

3.1 Objetivos Gerais

Pesquisar, de acordo com referncias bibliogrficas,

aspectos do desempenho dos elementos estruturais

formados por seo transversal tubular.

Promover um estudo sobre o comportamento

estrutural dos elementos tubulares tracionados e

comprimidos, analisar as consideraes e os

critrios de dimensionamento tratados na NBR

16239:2013.

3.2 Objetivos Especficos

Estudar e avaliar os procedimentos especficos que a

NBR 16239:2013 contempla: coeficiente de reduo

da rea lquida, , de barras axialmente tracionadas e do fator de reduo associado resistncia

compresso, , de barras axialmente comprimidas,

ambos especficos para perfil tubular.

Apresentar e contribuir para o esclarecimento das

melhorias que a NBR 16239:2013 trouxe para as

consideraes e processos de projeto estrutural

metlico, alm de avaliar atravs de anlises

grficas quais as diferenas principais em relao

aos aspectos de dimensionamento.

4 RESULTADOS E DISCUSSO

4.1 Anlise do Coeficiente de Reduo da rea Lquida

Para desenvolver o grfico abaixo, (Figura 9), foram

usados os parmetros do tubo da VMB350, com tc (espessura da chapa de ligao concntrica) de

6,35mm e dimetro do tubo 219,1mm, de acordo

com o catlogo da VMB.

Figura 9 Comparao entre Procedimentos para

Determinao do Valor do Coeficiente . Fonte: Arquivo Pessoal (2015).

Ao analisar o clculo do Ct, pela NBR 8800 observa-se que quando a razo entre o comprimento

da ligao e o dimetro de um perfil tubular circular

(lc/d) for igual a 1,30, o valor do coeficiente varia abruptamente de 0,755 para 1,00, como mostra na

Figura 9, podendo indicar alguma inconsistncia.

Calculando pelo processo da nova norma NBR

16239, chegamos a uma curva mais suave, que fica

mais prxima dos resultados obtidos atravs de

diversas pesquisas por anlises numricas e ensaios

laboratoriais.

4.2 Anlise do fator de reduo da resistncia

Utilizando ambas as normas, NBR 8800:2008 e

NBR 16239:2013, foi traado a curva de resistncia

compresso.

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1

Ct

lc/d

Ct8800 Ct16239

lc/d=1,3

Pontifcia Universidade Catlica de Gois 5

Figura 10 Curva de resistncia compresso. Fonte: Arquivo Pessoal (2015).

Atravs do grfico acima (Figura 10), observa-se

uma diferena entre os valores da fora axial de

compresso resistente entre os valores do 0 (ndice de esbeltez) 0,2 e 1,2.

Para melhor compreenso de como a nova norma de

tubos pode ser mais eficiente no dimensionamento

dos perfis, foi feito o clculo da resistncia, usando

como base o perfil circular da VMB 350, (219,1mm

x 8,2mm). O clculo foi feito utilizando o fator de

reduo de barras comprimidas calculado para

ambas as normas, e foi observado que na NBR

8800, esse perfil era subdimensionado, ou seja,

constatou-se que os perfis resistem mais do que

realmente era calculado pela NBR 8800.

Figura 11 Grfico resistncia x ndice de esbeltez. Fonte: Arquivo Pessoal (2015).

Figura 12 Comparativo do clculo de resistncia.

Fonte: Arquivo Pessoal (2015).

Traando-se um grfico da variao da resistncia

entre as duas normas, em funo do ndice de

esbeltez reduzido, observa-se a curva da Figura 12.

Verifica-se que com a NBR 16239:2013 tem-se um

crescimento das diferenas entre as resistncias, at

atingir um ganho mximo de 13% em relao ao

dimensionamento pela NBR 8800:2008, que ocorre

para o ndice de esbeltez igual a 0,7. A partir desse

valor observa-se uma reduo gradativa dessa

diferena at atingir um 0 de 1,4. Nesse ponto h uma inflexo na curva, que volta a aumentar a

diferena entre os valores at se estabilizar em 13%

prximo esbeltez de 3,0.

5 CONCLUSES

Pode-se concluir que apesar da NBR 8800:2008

abranger de forma ampla o projeto de estruturas de

ao, a nova norma NBR 16239:2013 apresenta com

preciso algumas particularidades de

comportamento das estruturas tubulares.

Como mostrado neste trabalho, os procedimentos de

clculo dos valores do coeficiente de reduo da

rea lquida de barras axialmente tracionadas

conduzem a uma curva mais suave, que reproduz

com mais fidelidade os resultados numricos e

experimentais obtidos em diversas pesquisas.

Os valores mais precisos do coeficiente de reduo

da resistncia de barras axialmente comprimidas

conduzem a um dimensionamento mais otimizado,

que pode gerar uma maior economia de material e

tornar o emprego de estruturas tubulares mais

viveis no mercado da construo civil.

6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ABNT NBR 16239:2013. Projeto de estruturas de ao e

de estruturas mistas de ao e concreto de edificaes

com perfis tubulares. Associao Brasileira de

Normas Tcnicas, Rio de Janeiro, Brasil.

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

0

16239

8800

rea crtica

0200400600800

10001200140016001800

0 1 2 3 4 5

N

0

8800 16239

rea crtica

0

3

6

9

12

15

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

%

0

Comparativo do clculo da resistncia

Pontifcia Universidade Catlica de Gois 6

ABNT NBR 8800:2008. Projeto de estruturas de ao e de

estruturas mistas de ao e concreto de edifcios.

Associao Brasileira de Normas Tcnicas, Rio de

Janeiro, Brasil.

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