MÓDULO 1 Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas em perfis soldados e laminados

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1 Projeto e Dimensionamento de de Estruturas metálicas e mistas de de aço e concreto MÓDULO 1 Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas em perfis soldados e laminados 1

2 2

3 Histórico Tecnologia anterior ao concreto 1779 Ponte de Ferro em Coalbrookdale, sobre o rio Severn, na Inglaterra 30,5 m 1849 Joseph Monier patenteia vasos de concreto armado 1875 Monier constrói ponte de concreto armado com 16 m de vão livre 1903 Auguste Perret - Prédio em concreto armado na Rua Franklin - Paris 3

4 Histórico Obras de destaque Torre Eiffel Paris, m de altura toneladas de aço peças 4

5 Histórico Obras de destaque Empire State Building New York, andares 380 m de altura 5

6 Histórico Obras de destaque Chrysler Building (1929) 6

7 Histórico Obras de destaque Hotel Emirados Árabes Torres Gêmeas 7

8 Histórico O Futuro 8

9 Construção em aço no Brasil A Siderurgia no Brasil 1921 Companhia Siderúrgica Belgo Mineira 1941 Companhia Siderúrgica Nacional - CSN(em plena 2a guerra) Fábrica de Estruturas Metálicas - FEM (1953) 9

10 Primeiras Obras em açoa Construção em aço no Brasil O Eng. Paulo Fragosoresponsável pelas primeiras grandes edificações em aço no Brasil. (CSN-FEM) Edifício Garagem América São Paulo Edifício Palácio do comercio São Paulo

11 Brasília Construção em aço no Brasil Esplanada dos Ministérios Brasília Palce Hotel 1958 (FEM CS ) Anexo do congresso Fabricação - EUA(1956) Problemas na montagem 11

12 Destaques no Brasil Construção em aço no Brasil Cesar Hotel - Guarulhos Centro Cultural Itaú 12

13 Vantagens da Construção em aço Vantagens da construção metálica Alívio das fundações Ganho de área útil Redução no tempo de obra Facilidades no canteiro de obras Qualidade e segurança Adaptabilidade e flexibilidade Economia global 13

14 Vantagens da Construção em aço Vantagens da construção metálica Aumento de produtividade Composição de custos Produtividade americana 12 a 15 hh/m2. Produtividade brasileira 50 a 80 hh/m2. O custo com a mão de obra é o de maior valor incidente no custo final da obra. Administrativos: 10 % Maq.e Equipam: 5 % Materiais: 40 % Mão de Obra: 45 % 14

15 Vantagens da Construção em aço Reciclavel Vantagens da construção metálica 84% da construção em aço é reciclável 15

16 Desvantagens da Construção em aço Desvantagens da construção metálica Dependendo do planejamento da obra, pode custar mais caro do que uma estrutura de concreto equivalente. Exige uma mão-de-obra altamente especializada Em algumas regiões, as vezes é difícil encontrar determinados aços e perfis. Muitas regiões do Brasil não têm tradição em utilizar estruturas de aço Necessita de mercado de componentes desenvolvido (fachada prémoldada, dry-wall, etc.). Viabiliza somente elementos lineares, para lajes deve ser associado ao concreto. 16

17 Preconceitos A estrutura metálica não tem durabilidade pois o aço enferruja Não existe material bom ou ruim, existe material bem ou mal especificado; A durabilidade de uma edificação depende: Correta especificação do material; Projeto; Execução da obra; Uso compatível com o projeto; Manutenção adequada. 17

18 Preconceitos A estrutura metálica não tem durabilidade pois o aço enferruja

19 Preconceitos O aço amolece em caso de incêndio tanto o aço como o concreto perdem resistência sob altas temperaturas; a diferença é que o concreto possui maior inércia térmica que o aço; a norma brasileira para proteção do concreto sob ação de incêndio (NBR5627) é pouco aplicada; foi aprovado na ABNT a norma para dimensionamento de estruturas metálicas sob ação de incêndio (NBR14.323) foi aprovado na ABNT a norma Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos. 19

20 Preconceitos O aço amolece em caso de incêndio Resistência(%) concreto aço ºC 20

21 Preconceitos O aço é caro Não comparar apenas o material aço com o material concreto; Considerar o empreendimento como um todo; A estrutura metálica pode ser reaproveitada; O aço tem valor até como sucata; Cuidado ao comparar soluções com diferentes materiais; Não se pode comparar apenas material estrutural e sim todo o sistema construtivo Tributação diferenciada para estruturas moldada no local (ISS) e estruturas industrializadas (ICMS) 21

22 Aplicações Edifícios industriais Edifícios comerciais Pontes e Viadutos e passarelas Silos e Reservatórios Torres Residências Habitações populares Aeroportos, hangares e grandes coberturas Plataformas marítimas 22

23 Aplicações: Edif. Industriais 23

24 Aplicações: Edif. Industriais 24

25 Aplicações: Edif. Industriais Termoelétrica da Cemig Ipel fábrica de embalagens 25

26 Aplicações: Galpões 26

27 Aplicações: Torres 27

28 Aplicações: Silos 28

29 Aplicações: Edifícios Comerciais 29

30 Aplicações: Edifícios Comerciais 30

31 Aplicações: Edifícios Comerciais 31

32 Aplicações: Edifícios Comerciais Edifício Paracelsus Belo Horizonte/MG

33 Aplicações: Edifícios Escolares 33

34 Aplicações: Escolas e hospitais Unip Manaus Hospital Ribeirão Preto 34

35 Aplicações: Residências 35

36 Aplicações: Residências Fonte: 36

37 Aplicações: Steel Frame 37

38 Aplicações: Steel Frame 38

39 Aplicações: Steel Frame 39

40 Aplicações: Steel Frame Fonte: construtora Seqüência e CBCA 40

41 Aplicações: Edifícios residenciais 41

42 Aplicações: Edifícios residenciais 42

43 Aplicações: Edifícios residenciais 43

44 Aplicações: Edifícios residenciais 44

45 Aplicações: Edifícios residenciais 45

46 Aplicações: Centros Comerciais Mercado Central Fortaleza-Ce 46

47 Aplicações: Centros Comerciais Shopping Benfica Fortaleza-Ce 47

48 Aplicações: Grandes Coberturas Terminais rodoviários Centros de eventos Ginásios esportivos 48

49 Aplicações: Aeroportos Natal - RN 49

50 Aplicações: Aeroportos Recife - PE 50

51 Aplicações: Ginásios e Estádios Centros de eventos 51

52 Aplicações: Pontes e viadultos Viaduto Osasco-SP 52

53 Aplicações: Pontes e viadultos Passarela em BH 53

54 Aplicações: Pontes e viadultos Ponte rodoferroviária sob o rio Paraná 54

55 Aplicações: Pontes e viadultos Ponte JK 55

56 O material aço e seu produtos 56

57 O material aço e seus produtos Aço: composição Aço Ferro (98%) Carbono (máx 0,3%) = + + Elementos de liga (fósforo, alumínio, cobre, cromo, magnésio,etc) Principal responsável pela resistência e soldabilidade Realçam ao atribuem características especiais (Ex.: aumentar resistência a corrosão ou a resistência mecânica) + + Resistência - Ductilidade - Soldabilidade A composição química determina diferentes tipos de aço com aplicações diversas 57

58 O material aço e seus produtos Aço: processo de fabricação Minério de de Ferro Carvão Mineral Ferro Gusa Aço Placas Chapas Perfis 58

59 O material aço e seus produtos Aço: classificação Aço Aços carbono Aços liga Aços de alta resistência mecânica Aços resistentes a altas temperaturas Aços de alta resistência a corrosão (patináveis) Aço paginável x aço carbono Adição de Cr, Cu, Al,Ni,V 59

60 O material aço e seus produtos Aço: Propriedades Constantes físicas Massa específica... ρ=7,85t/m 3 Módulo de elasticidade...e=20500kn/cm 2 (E=20000k /cm2 BR 8800:2008) Módulo de elasticidade transversal...g=7885kn/cm 2 (G=7700 k /cm2 BR 8800:2008) Coeficiente de Poisson...ν=0,3 Coeficiente de dilatação térmica...α=12x10-6 / 0 C 60

61 O material aço e seus produtos Aço: Propriedades Diagrama tensão x deformação 61

62 O material aço e seus produtos Aço: Propriedades Patamar de escoamento definido f Diagrama tensão x deformação Sem patamar de escoamento definido f u f f y f p f u f y E f u - resistência última f y - resistência ao escoamento f p - tensão de proporcionalidade ε f p 0,2% Aços com tratamento a frio ε 62

63 O material aço e seus produtos Aço: Propriedades Tensão residuais Perfis soldados Perfis Laminados 63

64 O material aço e seus produtos Aço: Propriedades Tensão residuais Altera o diagrama tensão deformação Tem influência no dimensionamento Valores utilizados pela BR 8800:2008 σ = 0,3f r y 64

65 O material aço e seus produtos Aço: especificação Segundo Normas ABNT 65

66 O material aço e seus produtos Aço: especificação Segundo Normas ABNT 66

67 O material aço e seus produtos Aço: especificação Segundo Normas ASTM 67

68 O material aço e seus produtos Aço: especificação Segundo Normas ASTM Alta resistência mecânica Alta resistência mecânica e a corrosão 68

69 O material aço e seus produtos Aço: especificação Equivalências 69

70 O material aço e seus produtos Aço: especificação Ações produzidos pela siderúrgicas brasileiras 70

71 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Chapas 71

72 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis formados a frio Perfis formados a frio obtidos através do dobramento a frio de chapas em máquinas chamadas viradeiras. 72

73 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis soldados obtidos através da soldagem de várias chapas. Estão disponíveis no mercado em forma de I (composição de três chapas). VS 450 x 51 CS 450 x 154 CVS 450 x 116 Mesas: 2 Ch. 9.5 x 200 Mesas: 2 Ch. 16 x 450 Alma: 1 Ch. 6.3 x 431 Alma: 1 Ch x 418 Mesas: 2 Ch. 16 x 300 Alma: 1 Ch x 418 Séries Existentes VS altura/largura 4 CS altura/largura = 1 CVS 1 < altura/largura 1,5 73

74 O O material material aço aço ee seus seus produtos produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis soldados 74

75 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados obtidos diretamente dos laminadores das siderúrgicas. Estão disponíveis no mercado em forma de I, H, U e L. Perfis laminados padrão americano Utilização variada Limitações dimensionais Dificuldades nas ligações Elevado fator peso/inércia Composição de perfis 75

76 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados - americanos L50x50x3,0 L50x3,0 I 254 x 37,7kg/m I 10 x 37,7kg/m Primeira alma U 203x 17,1kg/m U 8 x 17,1kg/m Primeira alma 2L50x3,0 76

77 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados - americanos 77

78 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados - americanos 78

79 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados Abas planas IP Tipos de Perfis IP HPL HPM HPP Perfil I de abas paralelas Série econômica Perfil I de abas paralelas Série leve Perfil H de abas paralelas Série média Perfil H de abas paralelas Série pesada HP 79

80 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados Abas planas Perfis tipo I para vigas Perfis H - para colunas Fabricados em aço ASTM A572 80

81 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados Abas planas 81

82 O material aço e seus produtos Aço: Produtos para a construção metálica Perfis laminados tubulares Tipos Sem Costura Com Costura Extrusão Calandragem Soldagem 82

83 O material aço e seus produtos Designação em projeto 83

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