Estruturas Metálicas 2024-01 - Calendário, Conteúdo e Avaliação

ESTRUTURAS METÁLICAS Prof Otávio Gaigher CALENDÁRIO ACADÊMICO ESTRUTURAS METÁLICAS 202401 Estruturas metálicas Semana 1 29fev Introdução à disciplina Semana 2 07mar Aula 1 Semana 3 14mar Aula 2 Semana 4 21mar Aula 3 Semana 5 28mar FERIADO Semana 6 04abr Aula 4 Semana 7 11abr Aula 5 Exercício Avaliativo Semana 8 18abr Aula 6 Revisão prova Semana 9 25abr Prova 1º bimestre Semana 10 02mai Aula 7 Entrada provas Semana 12 09mai Aula 08 Semana 13 16mai Aula 09 Semana 14 23mai FERIADO Semana 15 30mai FERIADO Semana 16 06jun Aula 10 Exercício Avaliativo Semana 17 13jun Aula 11 Revisão prova Semana 18 20jun Prova 2º bimestre Semana 19 04jul Entrega das provas Esquema avaliativo 1º bimestre Trabalho Avaliativo 30 pontos Prova 70 pontos 2º bimestre Trabalho Avaliativo 30 pontos Prova 70 pontos email profotaviogaighergmailcom Exercício 1º Bimestre 11abr Exercício 2º Bimestre 19jun Prova substitutiva 11jul Prova final 18jul Prof Otávio Gaigher CAPÍTULO 1 CAPÍTULO 2 Propriedades ações e ligações Dimensionamento Características e propriedades do aço Sistemas estruturais em aço Ligações de sistemas em aço Barras de aço tracionadas Barras de aço comprimidas Vigas de aço Prof Otávio Gaigher Prof Otávio Gaigher A indústria da construção é uma das que mais consome recursos naturais e energia no planeta Alinhado a isto buscar por alternativas por construções mais limpas vem ganhando força no cenário mundial O metal é um material 100 reciclável com excelente desempenho com grande velocidade de execução Prof Otávio Gaigher Nos capítulos 1 e 2 veremos As propriedades e características relevantes para o cálculo Conceitos fundamentais para dimensionamento e ligações Adquirir conhecimentos para selecionar os materiais mais adequados Prof Otávio Gaigher Responderemos perguntas como Quais características do aço o torna um material com elevado desempenho estrutural Quais são as principais propriedades do aço e como elas influenciam o cálculo estrutural Quando utilizar uma ligação soldada e quando utilizar uma ligação parafusada Quais perfis especificar para o meu projeto laminado ou soldado Qual seção transversal utilizar Prof Otávio Gaigher Aula 1 Características e Propriedades do aço PROPRIEDADES AÇÕES E LIGAÇÕES CAPÍTULO 1 Prof Otávio Gaigher Estruturas metálicas são empregadas em diversos tipos de situações Galpões industriais Sistemas treliçados Pavilhões de eventos Aeroportos Estádios de futebol Edificações residenciais Comerciais Torres de transmissão de energia Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Arena Castelão Fortaleza Ceará Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Material com grande versatilidade Alta capacidade de absorver esforços Racionalização da construção com planejamento Detalhamentos e préfabricação Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Metais Substâncias inorgânicas compostas por um ou mais elementos metálicos Dois ou mais elementos Liga metálica Liga metálica geralmente apresentam propriedades mecânicas melhores que um metal Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Exemplos de ligas metálicas Aço Ferro Carbono Aço inoxidável Ferro Cromo Níquel Bronze Cobre Estanho Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço O metais podem ser classificados como Ferrosos e Não Ferrosos Não Ferrosos Não contém ferro Ferrosos Contém ferro Alumínio o cobre o níquel e o chumbo Aço ferro fundido e ferro forjado Grande quantidade de ferro na composição 90 Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Os primeiros aços utilizados na construção civil foram os de ferro fundido Construção de pontes Ponte do ano de 1179 na Inglaterra Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço O aço é um material metálico que apresenta um excelente desempenho estrutural devido à sua relação Resistência x Peso Específico Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Elevada resistência em menores e mais leves seções Indicado para obras que necessitam vencer grandes vãos Possibilidade de reutilização Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Rapidez na execução Peças préfabricadas Possibilidade de montar em campo Ambiente mais limpo Dispensa formas e escoras Não gera entulhos Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Aços Estruturais Propriedades mecânicas Durabilidade Aguentam tensões e deformações São divididos em Açocarbono Aços de baixa liga e alta resistência mecânica Açocarbono são os mais utilizados Quanto mais carbono mais resistente Quanto mais resistente menos dúctil problema para soldar Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Para os teores de carbono do Aço Baixo carbono C 029 Médio carbono 030 C 059 Alto carbono 060 C 200 Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Aços de baixa liga e alta resistência mecânica São açoscarbono acrescidos de elementos de liga com o objetivo de melhorar a resistência Elementos de liga cromo colúmbio cobre manganês molibdênio níquel fósforo vanádio zircônio Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Tratamento térmico majora a resistência de aço carbono e de baixa liga Entretanto soldar aço tratado termicamente é mais difícil Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Tensão Deformação X Precisamos entender a relação entre essas grandezas Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Uma barra solicitada por uma força de tração simples Tensão normal Deformação Alongamento unitário pela ação da força Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Diagrama tensão x deformação Lei de Hooke Tensão e deformação são proporcionais Módulo de elasticidade E Coeficiente de proporcionalidade E 200000 Mpa para quase todos os aços Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Diagrama tensão x deformação Fase elástica acontece até o fy Aqui ainda é válida a lei de hooke tensão proporcional à deformação Fase plástica acontece no escoamento Fy tensão de escoamento Deformação crescente sem variação de tensão Ruptura Encruamento Rearranjo da microestrutura Limite de resistência do aço Por fim a área da seção diminui rapidamente e rompe Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Deformação Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Prof Otávio Gaigher 9 mm Exemplificando 2 Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Prof Otávio Gaigher 9 mm Deformação 157 Deformação 0373 Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Outras grandezas para o aço estrutural Coeficiente de Poisson Coeficiente de dilatação térmica Massa específica Módulo de cisalhamento Em temperatura ambiente Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Outras propriedades do aço Ductilidade e fragilidade Resiliência e tenacidade A resiliência é a capacidade que o aço tem de absorver energia mecânica em regime elástico Já a tenacidade é a capacidade de absorver energia e deformar permanentemente sem fraturar Dureza A dureza referese à resistência ao risco ou abrasão ou seja à resistência que a superfície do material oferece à penetração de um material de maior dureza A ductilidade é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura A fragilidade é a capacidade de um determinado material não sofrer deformação sob uma força Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Outras propriedades do aço Efeito da temperatura elevada Corrosão Pode ser definida como um processo de reação do aço com alguns elementos presentes no ambiente no qual se encontra além de ocasionar a perda de seção dos elementos de aço consequentemente perda de resistência Fadiga Quando o rompimento ocorre por tensões menores às indicadas nos ensaios de resistência Quando o aço é exposto a temperaturas elevadas ele passa por modificações em suas propriedades físicas sendo que ocorre a redução da resistência ao escoamento e à ruptura bem como do módulo de elasticidade Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Propriedades físicas e mecânicas dos aços estruturais Perfis estruturais em aço Perfis laminados Perfis soldados Processo de fabricação por laminação a quente afim de se obter a forma desejada Os perfis soldados são formados pela associação de chapas ou perfis laminados simples unidos por meio do processo de solda para formar a seção transversal desejada Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 1 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Aula 2 Sistemas Estruturais em Aço PROPRIEDADES AÇÕES E LIGAÇÕES CAPÍTULO 1 Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Chapas de Aço O ferro passa por processos de redução e refino para se tornar aço e em seguida a etapa e a laminação que da origem as chapas de aço grossas ou finas Peças confeccionadas em aço Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Peças confeccionadas em aço Qual a diferença de escoamento e ruptura Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Laminação a quente Conformação a frio Chapas xadrez Chapas galvanizadas Tipos de Chapas Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Perfis de aço para fins estruturais 1 Perfis laminados a quente perfis laminados a quente em usinas siderúrgicas 2 Perfis soldados perfis obtidos por soldagem de chapas tiras de chapas 3 Perfis conformados a frio obtidos a partir de dobragem a frio NBR 8800 ABNT 2008 Perfis pesados NBR 14762 ABNT 2001 Perfis leves Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Perfis Laminados a Quente As seções mais utilizadas dos perfis laminados a quente são as seções em I U L e H e podem ser encontradas em grandes comprimentos Geralmente compõem estruturas de grande porte como vigas e colunas de edifícios pontes entre outros Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Perfis Soldados Os perfis soldados são aqueles obtidos por corte composição e soldagem de chapas de acho o que permite uma grande variedade de formas Mão de obra especializada Perfis I ou H são os mais utilizados para soldas Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Perfis conformados a frio Possuem leveza facilidade de fabricação de manuseio e transporte o que torna mais fácil e reduz o custo da montagem Outra vantagem e não precisar de maquinários pesados para içar os elementos devido ao menor peso e espessura o que também reduz os custos Um dos problemas que ocorrem devido a pouca espessura da chapa e a flambagem local São produzidos de duas maneiras em prensas dobradeiras ou em perfiladeiras Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Perfis conformados a frio Prensa dobradeira Perfiladeir a Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Tipologia das Construções A tipologia de uma construção e o conjunto de características físicas que em um contexto urbanístico distinguem um edifício dos demais Treliça São amplamente usadas nas estruturas metálicas e se destinam geralmente a coberturas pontes passarelas vigas para apoio de lajes Vigamento Para pisos são utilizados para apoio de chapas metálicas As vigas geralmente de seção I são biapoiadas Pórticos São estruturas destinadas usualmente a galpões piscinas estádios estacoes rodoviárias com vãos que variam de 20 a 100 m Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Elementos Estruturais Lajes Vigas Pilares Fundações Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Lajes Steel deck Chapas metálicas Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Vigas e Pilares São perfis metálicos com medidas padronizadas já de fabrica Suas formas usuais são os perfis I C U H T e L Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Vigas e Pilares Viga perfil U Viga perfil H Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Telhas Galvanizadas Geralmente possuem forma trapezoidal e podem ser formadas por um sanduiche de telha com EPS ou poliestireno em seu interior Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Light Steel Frame Muito utilizado nos EUA Sistema industrializado que possibilita construção a seco isto é dispensa o uso de cimento preparado na obra com grande rapidez na execução Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Light Steel Frame Os elementos são produzidos com tecnologia avançada e altamente padronizados com alto controle de qualidade na seleção da matériaprima na produção e no acabamento O aço permite uma grande precisão na dimensão das pecas Devido a resistência do aço sua estrutura e de alto desempenho Como as pecas são galvanizadas isso garante uma maior durabilidade da estrutura Fácil montagem manuseio e transporte Obra mais limpa e pouco desperdício de material além da reciclagem do aço que sobra Os materiais são prépreparados de fabrica facilitando as instalações hidráulicas e elétricas Desempenho térmico e acústico melhores alcançados pelo material de fechamento e isolamento Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Light Steel Frame Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Corrosão Espessura grande o suficiente Água e oxigênio causam corrosão Vida útil comprometida Exposição à intempéries Resistência à corrosão Aço inoxidável Qualidade estética Menor corrosão Detalhamento de projeto é importante Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Corrosão Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Corrosão Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Sustentabilidade em Estruturas Metálicas Indústria do aço contribui para a construção sustentável devido ao seu potencial de reciclagem Atualmente o aço e produzido a partir de matériaprima em altoforno ou a partir de sucata Facilidade de desmontagem e reaproveitamento das peças Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Prof Otávio Gaigher Sustentabilidade em Estruturas Metálicas Industria da construção e um dos principais responsáveis pela escassez dos recursos naturais do mundo Aspectos principais que afetam a indústria da construção civil quanto a sustentabilidade 1 Todos os materiais extraídos da crosta terrestre em media 50 são modificados para material e produto de construção 2 Eficiência energética Quanto a construção utilizar a energia de forma eficiente para obter um resultado procurando afetar ao mínimo a produção de energia no mundo 3 Gestão de desperdícios consequentes da construção ou demolição Na União Europeia este item constitui a maior fonte de resíduos sólidos por peso Prof Otávio Gaigher Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço PROPRIEDADES AÇÕES E LIGAÇÕES CAPÍTULO 1 Prof Otávio Gaigher Nesta aula abordaremos Os principais elementos estruturais em aço Qual utilizar Conheceremos as normas aplicáveis para a garantia da segurança estrutural Processo de determinação das ações solicitantes a serem consideradas Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Os processos de cálculos estruturais levam em consideração as características de diversos tipos de materiais Madeira Aço Concreto Prof Otávio Gaigher Estruturas metálicas vem ganhando força na construção civil Concreto Armado Estruturas Metálicas Tração é um fator importante das estruturas metálicas O que confere resistência à tração no concreto armado Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Elementos de aço Lineares As dimensões da seção transversal são pequenas em relação à dimensão longitudinal comprimento Bidimensionais Dimensão da espessura é pequena em relação ao comprimento e a largura Ex Tirantes colunas escoras e vigas Ex Steel Deck Planos Formados pela associação de elementos lineares Ex Treliças Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórticos São muito utilizados em estruturas metálicas principalmente para a construção de galpões Pórticos simples com perfis de alma cheia Estruturas simples e simétricas que empregam perfis laminados ou soldados como elementos principais A cobertura é em duas águas inclinada com caimento de 5 a 20 do tamanho do vão livre o qual varia de 10 a 45 m altura de 4 a 12 m e distância entre pórticos de 6 a 12 m Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórtico simples com perfis de alma cheia Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórticos São muito utilizados em estruturas metálicas principalmente para a construção de galpões Pórticos simples com vigas eou colunas treliçadas Estrutura similar à dos pórticos de alma cheia no entanto neste caso as vigas são compostas por perfis menores formando treliças sendo possível a construção de vãos maiores sem aumentar o peso da estrutura A utilização de colunas treliçadas aumenta a resistência da estrutura à ação de cargas horizontais como as produzidas pela presença de pontes rolantes Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórticos São muito utilizados em estruturas metálicas principalmente para a construção de galpões Pórticos com coluna central Estrutura usada quando são necessários grandes vãos da ordem de 30 m mas sem ter a necessidade de serem totalmente livres Pelo fato de uma coluna central funcionar como uma escora as vigas podem ter as suas dimensões reduzidas o que conduz a uma estrutura mais econômica Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórtico com coluna central Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórticos São muito utilizados em estruturas metálicas principalmente para a construção de galpões Pórticos com tirantes A utilização de tirantes é indicada para coberturas com inclinação maior do que 15º com o objetivo de reduzir os deslocamentos horizontais e os momentos nas colunas o que aumenta a rigidez do conjunto estrutural Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórtico com tirante Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Pórticos São muito utilizados em estruturas metálicas principalmente para a construção de galpões Pórticos com cobertura em arco Os pórticos em arco são normalmente utilizados em função das necessidades arquitetônicas sendo possível a construção de grandes vãos cujas ligações precisam ser cuidadosamente detalhadas Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Projetos Estruturais São divididos em 03 etapas Projeto básico em que são definidos o sistema estrutural os materiais e o sistema construtivo Dimensionamento em que são determinadas as dimensões dos elementos estruturais e suas ligações Detalhamento em que são elaborados os desenhos executivos da estrutura Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher NBR 8800 2008 Procedimentos de cálculos para dimensionamento Estado Limite Último Estado Limite de Serviço Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Outras NBRs associadas ao dimensionamento de estruturas metálicas NBR 6120 ABNT 1980 Que se refere às cargas para o cálculo de estruturas de edificações NBR 6123 ABNT 1988 Que se refere às forças devidas ao vento em edificações NBR 8681 ABNT 2003 Que se refere ao procedimento de cálculo das ações e segurança nas estruturas NBR 14323 ABNT 2013 Que se refere ao dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio NBR 14762 ABNT 2010 Para o dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio NBR 16239 ABNT 2013 Para o dimensionamento de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edificações com perfis tubulares Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Estado Limite Último ELU Segurança garantida a partir da equação Ou seja Solicitação de projeto Combinação de ações Coeficiente que majora a solicitação Resistência de projeto Resistência característica do mat Coeficiente que reduz a resistência Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Coeficiente de ponderação da resistência Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Estado Limite de Serviço ELS Devese evitar a sensação de insegurança do usuário devido a deslocamentos ou vibrações excessivas assim como danos aos componentes não estruturais como alvenarias e esquadrias A NBR 8800 ABNT 2008 estabelece valores máximos de deslocamentos recomendados em função do elemento estrutural e das ações consideradas tabela ao lado Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Ações nas estruturas metálicas Porque as ações excepcionais raramente são consideradas no Brasil Permanent es Variáveis Excepcionai s Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Tipos de combinações Estado Limite Último ELU Normais De construção Especiais ou excepcionais Ações permanentes Ações variáveis coeficiente de redução das ações variáveis Valor da ação transitória excepcional Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Tipos de combinações Ações permanentes TABELA 1 Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Tipos de combinações Ações variáveis TABELA 2 Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Tipos de combinações Coeficiente de redução das ações variáveis TABELA 3 Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Tipos de combinações Estado Limite de Serviço ELS Quase permanente Frequentes Raras Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Exemplificando Determine o esforço de cálculo para combinações normais ELU atuando em uma viga de aço de 6 m de comprimento solicitada pelas seguintes cargas linearmente distribuídas perpendiculares à estrutura As cargas i e ii correspondem a ações permanentes cujos coeficientes de ponderação dados na Tabela 1 são respectivamente 135 e 125 Já iii e iv são cargas variáveis cujos coeficientes de ponderação dados na Tabela 2 são de 15 e 14 respectivamente e os coeficientes de redução dados na Tabela 3 são de 08 e 06 respectivamente Como temos duas ações variáveis é preciso realizar duas combinações de ações utilizando a expressão para combinações normais 135 125 15 14 08 06 Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Combinações Normais Prof Otávio Gaigher Exemplificando Determine o esforço de cálculo para combinações normais ELU atuando em uma viga de aço de 6 m de comprimento solicitada pelas seguintes cargas linearmente distribuídas perpendiculares à estrutura 135 125 15 14 08 06 Variável principal Vento de sobrepressão Peso próprio Combinações Normais Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Combinação 1 Foi adotada a sobrecarga como variável principal e o vento de sobrepressão como outra carga variável Prof Otávio Gaigher Exemplificando Determine o esforço de cálculo para combinações normais ELU atuando em uma viga de aço de 6 m de comprimento solicitada pelas seguintes cargas linearmente distribuídas perpendiculares à estrutura 135 125 15 14 08 06 Variável principal Sobrecarga Peso próprio Combinações Normais Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Combinação 2 Foi adotado o vento de sobrepressão como variável principal e a sobrecarga como outra carga variável Prof Otávio Gaigher Exemplificando Determine o esforço de cálculo para combinações normais ELU atuando em uma viga de aço de 6 m de comprimento solicitada pelas seguintes cargas linearmente distribuídas perpendiculares à estrutura 135 125 15 14 08 06 CONCLUSÃO Combinação 1 1634 kNm Combinação 2 1925 kNm Combinações Normais Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Exemplificando Determine o esforço de cálculo para combinações normais ELU atuando em uma viga de aço de 6 m de comprimento solicitada pelas seguintes cargas linearmente distribuídas perpendiculares à estrutura 135 125 15 14 08 06 CONCLUSÃO Combinação 1 1634 kNm Combinação 2 1925 kNm Combinações Normais Capítulo 1 Aula 3 Sistemas Estruturais em Aço Capítulo 1 Aula 2 Características e Propriedades do Aço Exercícios Prof Otávio Gaigher Aula 4 Ligações de sistemas estruturais em aço PROPRIEDADES AÇÕES E LIGAÇÕES CAPÍTULO 1 Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher O que vimos até aqui As características e as propriedades dos materiais metálicos como elemento estrutural Alguns dos sistemas construtivos que geralmente empregam o aço em sua fabricação O processo de determinação das ações atuantes nos elementos estruturais O que veremos nesta aula Ligações Como os elementos estruturais vão se conectar e consequentemente transmitir os esforços entre si Prof Otávio Gaigher Elementos de ligação Meios de ligação Região Nodal Permitem os facilitam a transmissão de esforços Ex Chapas gusset as placas de base as talas de alma e de mesa os enrijecedores as cantoneiras Componentes que promovem a união entre as partes das estruturas Ex Soldas parafusos pinos rebites Conjunto de todas as ligações de barras que se interceptam somadas às regiões dessas barras afetadas pelas ligações Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Requisitos para as ligações Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Seção transversal de elementos metálicos típicos Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Ligações Podem ser classificadas a partir dos esforços solicitantes nelas exercidos Cisalhamento centrado Cisalhamento excêntrico Tração ou compressão centrada Tração ou compressão com cisalhamento Ou pela sua rigidez Flexível Rígida Simirrígida Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Ligações Ligação rígida Pilar x Viga Ligação flexível Viga x Viga Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Ligação com conectores para estruturas metálicas Meios de ligação que trabalham através de furos executados nas chapas eou perfis como rebites e parafusos mais utilizados Propriedades dos aços comumente utilizados na fabricação dos conectores Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Parafusos comuns Parafusos de alta resistência Fabricados em aço carbono Cabeças ou porcas quadradassextavadas Utilizados em estruturas leves Formam sistemas de ligação por contato Fabricados em aço carbono temperado Utilizado para fins estruturais devese empregar arruelas Ligação por atrito Combate deslizamentos Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Dimensionamento dos conectores no estado limite último Determinado conforme as possíveis rupturas da ligação sendo elas o colapso do conector o colapso por rasgamento da chapa ou ovalização do furo e o colapso por tração da chapa Forças envolvidas nos colapsos Resistência à tração Resistência ao cisalhamento Resistência ao esmagamento e ao rasgamento Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Ligações com soldas de estruturas metálicas União de elementos de aço pela fusão das partes dos elementos e de um eletrodo metálico Energia necessária para a fusão Elétrica química óptica ou mecânica Na construção civil Solda elétrica sendo esta formada basicamente pela fusão local de duas peças a serem ligadas metal base e de um eletrodo metal solda Processo de soldagem mais utilizados O arco submerso o arco com proteção gasosa e o arco com fluxo no núcleo Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Ligações com soldas de estruturas metálicas A soldagem por arco submerso também conhecida por SAW Submerged Are Welding é um processo automático no qual o calor é fornecido por um arco desenvolvido entre um eletrodo de arame sólido ou tubular e a peçaobra Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Principais tipos de cordões de soldas utilizadas Solda de Filete Solda de entalhe Parcial Total Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço Prof Otávio Gaigher Vídeo Solda em estruturas Capítulo 1 Aula 4 Ligações de Elementos Estruturais em Aço httpswwwyoutubecomwatchveDwpblOI2xI VIGAS METÁLICAS Do planejamento à instalação Parte 1 Detalhamento de estrutura metálica VIGAS METÁLICAS Do planejamento à instalação Parte 2 FABRICAÇÃO DAS VIGAS httpswwwyoutubecomwatchvQTCQkLTZvQM VIGAS METÁLICAS Do planejamento à instalação Parte 3 INSTALAÇÃO NA OBRA httpswwwyoutubecomwatchv7UUoLr0aV9k Prof Otávio Gaigher Aula 5 Exercício Avaliativo CAPÍTULO 1 Prof Otávio Gaigher Aula 6 Revisão para a prova CAPÍTULO 1 Prof Otávio Gaigher Aula 7 Entrega das provas Correção CAPÍTULO 1 Prof Otávio Gaigher Aula 8 Barras de Aço Tracionadas DIMENSIONAMENTO CAPÍTULO 2 Prof Otávio Gaigher Importante para o dimensionamento das Vigas Verificação dos esforços que nelas atuam Tensões simples Tração e Compressão Tensões combinadas M Fletor e Esforço cortante A seção adotada para a peça estrutural é muito importante Aço resiste muito bem à esforços de tração Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Elementos tracionados Podem ser compostos por barras de seção simples Barras redondas ou chatas Por perfis laminados de seção simples Cantoneira L Perfil I ou U Perfis laminados compostos como a seção formada por duas cantoneiras É comum que as barras tracionadas sejam ligadas a outros elementos da estrutura por meio de chapas de nó gusset Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Como aprendemos nos capítulos anteriores Tensão solicitante de cálculo Resistência de projeto Sendo que o valor da resistência corresponderá ao menor dos valores determinados para verificação da ocorrência de dois estados limites últimos Escoamento da seção bruta e a ruptura da seção líquida Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Escoamento da seção bruta Em uma seção transversal sem furos submetida a tração ocorre uma distribuição uniforme das tensões dessa forma o estado limite é atingido quando ocorre o escoamento do aço ao longo do seu comprimento levando a deformações exageradas Resistência de Projeto Área bruta da seção transversal Tensão limite de escoamento do aço Coeficiente de ponderação da resistência relacionado ao escoamento 11 Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Escoamento da seção bruta No caso de seções transversais com furos a distribuição de tensão não é uniforme sendo máxima junto ao furo e decaindo acentuadamente até a face lateral do elementos Resistência de Projeto Área líquida efetiva Tensão limite de ruptura do aço Coeficiente de ponderação da resistência relacionado a ruptura 135 Coef redução da área líquida Área líquida Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Rupturas Pode ocorrer linearmente a ou de forma enviesada b O trajeto com menor valor de seção líquida é o que deve ser adotado Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Rupturas Área líquida Área bruta Diâmetro do furo Espessura da chapa Espaçamento longitudinal Espaçamento transversal Comprimento Líquido X Altura da seção Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Rupturas Comprimento líquido Largura da peça Diâmetro do furo Espaçamento longitudinal Espaçamento transversal Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Rupturas Furos De acordo com a NBR 8800 ABNT 2008 o furo em estruturas metálicas deve ser realizado com uma folga de 15 mm em relação ao diâmetro do conector dp Para broqueamento E para puncionamento Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Comprimento Líquido X Altura da seção Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Exercício Para uma barra de aço de contraventamento cantoneira verificar dois estados limites últimos o escoamento da seção bruta e a ruptura da seção líquida Dados Perfil com seção transversal tipo cantoneira simples L 635 x 476 670 metros de comprimento Parafusada por meio de três 3 parafusos alinhados 22 mm de diâmetro em furos puncionados em que a distância do primeiro ao último parafuso L 168 mm 1176 kN Aço MR 250 fy 250 MPa ou 25 kNcm2 fu e 400 MPa ou 40 kNcm² Cantoneira Abas de 635 mm por 476 mm de espessura t Área bruta Ag 580 cm² Excentricidade de 175 cm ou 175 mm Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Exercício Para uma barra de aço de contraventamento cantoneira verificar dois estados limites últimos o escoamento da seção bruta e a ruptura da seção líquida 1 Escoamento da seção bruta é dado por 2 Ruptura da seção líquida Furos em linha reta Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Prof Otávio Gaigher Exercício Para uma barra de aço de contraventamento cantoneira verificar dois estados limites últimos o escoamento da seção bruta e a ruptura da seção líquida 2 Ruptura da seção líquida Então Para a determinação do comprimento bruto da seção transversal basta somar as dimensões das abas e diminuir a espessura que é comum a ambas as abas Comprimento Líquido X Altura da seção Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas 3x 4574mm ou 457cm 457 217 5 2175 195 cm² 195 5777 kN Prof Otávio Gaigher Exercício Tensão solicitante de cálculo Resistência de projeto Capítulo 2 Aula 8 Barras de Aço Tracionadas Escoamento Ruptura 5777 ESTRUTURA SEGURA Prof Otávio Gaigher Aula 09 Barras de aço comprimidas DIMENSIONAMENTO CAPÍTULO 2 Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Nesta seção iremos aprender como verificar a segurança estrutural dos elementos de aço submetidos ao esforço de compressão Prof Otávio Gaigher Índice de Aproveitamento Esforço solicitante Resistência de projeto Quanto maior o índice mais econômica é a peça Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Compressã o Tende a Retificar Tração Tende a Flambar Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher A flambagem local corresponde ao fenômeno no qual uma ou mais placas componentes de uma barra comprimida flambam mesa ou alma ocorrendo a formação de semiondas longitudinais sem alterar a posição média do eixo longitudinal Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Para que os estados limites últimos não ocorram devese atender à condição Onde Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Condições de cálculos fator de redução associado à flambagem global fator de redução associado à flambagem local Área bruta da seção transversal Tensão limite de escoamento do aço Coef de ponderação de resistência 110 Onde Força axial de flambagem elástica Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Flambagem local A possibilidade de flambagem local é considerada por meio do fator de redução Q fator de redução relacionado aos elementos AA fator de redução relacionado aos elementos AL Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Elementos AA e AL Os elementos que fazem parte das seções transversais usuais exceto as seções tubulares circulares podem ser vinculados em apenas uma borda longitudinal a outra borda é livre sendo chamados de elementos apoiados livre ou simplesmente de elementos AL no entanto podem também ser vinculados nas duas bordas longitudinais sendo chamados de elementos apoiadosapoiados ou simplesmente de elementos AA Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Flambagem local fator de redução relacionado aos elementos AA fator de redução relacionado aos elementos AL Se a seção possui apenas elementos AL assumese que Se a seção possui apenas elementos AA assumese que Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Como saber se haverá flambagem local A flambagem local não irá ocorrer nos elementos com relação larguraespessura bt reduzida ou seja que não ultrapasse o valor de btlim Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Como saber se haverá flambagem local Não ocorrerá Ocorrerá Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Devese determinar os valores de Qa eou Qs Área bruta da seção Largura e espessura do elemento Largura efetiva 038 para seções tubulares 034 para todas as outras Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Elemento AA Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Precisamos analisar se ou 1º 2º Perfil W150x13 possui seção transversal tipo I Consultando a tabela Então temos que Logo não ocorrerá a flambagem da alma e Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas 3º Calcular o fator de redução da flambagem global 032 fator de redução flambagem global 100 fator de redução flambagem local 148 2x49 x 43 59426 mm área bruta 30 kNcm² Coef de ponderação de resistência 110 10 x 5942 x 30 65000 kN Força axial de flambagem elástica 65000 165 165² Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas 4º Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Calcular a Resistência de Projeto para 032 fator de redução flambagem global 100 fator de redução flambagem local 5942 cm área bruta 30 kNcm² Coef de ponderação de resistência 110 032 x 10 x 5942 x 30 11 51857 kN 5º Calcular o índice de aproveitamento Para uma solicitação de 51857 kN 45000 kN 450 51857 8677 Portanto o perfil possui resistência suficiente para absorver os esforços solicitantes apresentando uma eficiência de 8677 Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Elemento AA Bf 110 mm tw 40 mm d 150 mm tf 50 mm Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Aula 09 Barras de Aço Fletidas DIMENSIONAMENTO CAPÍTULO 2 Prof Otávio Gaigher Momento Fletor Esforço Cortante Vigas bi apoiadas Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Vigas bi apoiadas As vigas são estruturas que estão submetidas ao esforço de flexão e trabalham como elementos geralmente horizontais de transmissão de cargas para os pilares ou outros elementos da estrutura como até mesmo outras vigas Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Vigas bi apoiadas As vigas são normalmente executadas com perfis tipo I Figura 419a fletidos em relação ao eixo de maior momento de inércia eixo x sendo que os perfis mais adequados são aqueles com maior inércia em torno do eixo de flexão Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Vigas bi apoiadas Momento fletor Esforço cortante Flecha Vibração excessiva Estado Limite Último Estado Limite de Serviço Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Momento fletor O momento fletor que correspondente ao início do escoamento é dado por modulo de resistência elástico da seção transversal com relação ao eixo de flexão Momento de plastificação O momento de plastificação é dado por módulo de resistência plástico da seção Flambagem A flambagem local da alma e da mesa FLA e FLM está relacionada à perda de estabilidade das chapas comprimidas que formam o perfil sendo verificada por meio da esbeltez da seção Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Flambagem Local As seções transversais das vigas podem ser classificadas em Seção compacta Seção semicompacta Seção esbelta Esbeltez limite para seções compactas Esbeltez limite para seções semicompactas Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Flambagem lateral com torção FLT Se relaciona com a perda de equilíbrio da viga no plano principal de flexão passando a apresentar deslocamentos laterais e rotações de torção Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Verificação da segurança em barras fletidas A verificação da segurança em barras fletidas é dada por Corresponde ao momento fletor solicitante de cálculo Corresponde ao momento fletor resistente de cálculo sendo este o menor dos valores verificados quanto a FLA FLM e FLT Além disso a NBR 8800 ABNT 2008 determina que para assegurar a validade da análise elástica o momento fletor resistente de cálculo da seção não deve ser maior que módulo de resistência elástico mínimo da seção transversal da barra em relação ao eixo de flexão Limite de escoamento do aço Coeficiente de ponderação da resistência 110 Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Momento Resistente de Cálculo Para FLA FLM e FLT é dado de acordo com o tipo de seção Seções compactas ou vigas curtas Seções semicompactas ou vigas intermediárias Seções esbeltas ou vigas longas Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Fator de modificação para diagrama de momento fletor não uniforme É calculado apenas para FLT Ma Mb Mc Para o exemplo Capítulo 2 Aula 10 Barras de Aço Comprimidas Exemplo Verifique a segurança da viga de um mezanino quanto ao momento fletor sabendo que o aço utilizado é o MR 250 o que significa que a tensão limite de escoamento fy é de 25 kNcm² e o perfil é o W530x82 cujas informações geométricas necessárias ao cálculo podem ser encontradas na tabela a seguir Sendo a viga biapoiada o comprimento destravado Lb será igual a 8 metros 800 cm Será necessário então verificar o momento fletor resistente de cálculo para a FLA FLM e FLT conforme formulação mostrada anteriormente Precisamos calcular todos os tipos de flambagem FLA FLM e FLT e selecionar o de menor valor Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Flambagem Local da Alma Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Flambagem Local da Mesa Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Flambagem Lateral com Torção Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Flambagem Lateral com Torção Continuando Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Flambagem Lateral com Torção Continuando Capítulo 2 Aula 09 Barras de Aço Comprimidas Prof Otávio Gaigher Aula 10 Exercício Avaliativo DIMENSIONAMENTO CAPÍTULO 2 Prof Otávio Gaigher RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS 3005 AULA ENADE Exame Nacional de Desempenho dos Estudantes QUESTÃO 1 Aula ENADE Resolução de exercícios Acerca das propriedades físicas dos aços para uso estrutural é correto afirmar que QUESTÃO 1 Aula ENADE Resolução de exercícios Acerca das propriedades físicas dos aços para uso estrutural é correto afirmar que QUESTÃO 2 Aula ENADE Resolução de exercícios Na figura ao lado está representado o diagrama tensão versus deformação para o material do espelho do telescópio Hubble Suponha que em razão das desvantagens mecânicas mencionadas no texto tenha sido proposto após um processo de seleção de materiais que o espelho fosse manufaturado com um material metálico polido de alta ductilidade Considerando essa situação faça o que se pede nos itens a seguir a Esboce no diagrama ao lado a curva tensão versus deformação relativa ao material proposto valor 30 pontos b Descreva as vantagens mecânicas e térmicas da substituição das peças vítreas monolíticas por material metálico polido de alta ductilidade valor 40 pontos Análise do diagrama Tensão x Deformação Aula ENADE Resolução de exercícios Aula ENADE Resolução de exercícios QUESTÃO 3 Aula ENADE Resolução de exercícios A resistência de um material está associada à sua capacidade de absorver os esforços atuantes sem que ocorra deformações excessivas ou ruptura Considere uma barra de aço com diâmetro de 254 mm e 3 m de comprimento está submetida a um esforço de tração de 200 kN O diagrama tensão versus deformação para o aço está mostrado na Figura ao lado Assinale a alternativa que apresenta o regime de deformação ao qual barra de aço está submetida QUESTÃO 3 Aula ENADE Resolução de exercícios A resistência de um material está associada à sua capacidade de absorver os esforços atuantes sem que ocorra deformações excessivas ou ruptura Considere uma barra de aço com diâmetro de 254 mm e 3 m de comprimento está submetida a um esforço de tração de 200 kN O diagrama tensão versus deformação para o aço está mostrado na Figura ao lado Assinale a alternativa que apresenta o regime de deformação ao qual barra de aço está submetida Análise e entendimento dos coeficientes de ponderação para escoamento e ruptura Aula ENADE Resolução de exercícios