1. Ligações em estruturas de aço

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1 1. Ligações em estruturas de aço Bibliografia: ABNT NBR 8800:2008 Projeto de estruturas de aço e de estrutura mista de aço e concreto de edifícios QUEIROZ, G.; VILELA, P. M. L. Ligações, regiões nodais e fadiga de estruturas de aço. Belo Horizonte: Código Editora, PFEIL, W.; PFEIL, M. Estruturas de aço. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009 Manual de Construção Metálica Ligações em estruturas metálicas Volume 1 e 2 Fonte: Manual de Construção em Aço Interfaces Aço-Concreto Fonte: Introdução O termo ligação é aplicado a todos os detalhes construtivos que promovam a união de partes da estrutura entre si ou a sua união com elemento externos a ela (fundações). 1

2 Exemplos de ligações (a) Viga-viga (b ) Placa de base para pilares 2

3 (c) Viga-pilar transmitindo apenas esforço cortante (d) Viga-pilar engastada 3

4 (e) Emenda de pilar (f) Emenda de viga 4

5 (g) Ligação em treliça As ligações são compostas por: A) Elementos de ligação: São todos os componentes incluídos no conjunto para permitir ou facilitar a transmissão dos esforços. B) Meios de ligação: São os elementos que promovem a união entre as partes da estrutura para formar a ligação. C) Região Nodal: É o conjunto de todas as ligações de barras que se interceptam, mais as regiões dessas barras afetadas pelas ligações, mais eventuais reforços (enrijecedores), mais a região de eventual elemento de concreto afetada pelas ligações. 5

6 A) Elementos de ligação: (a) Enrijecedores: (b) Placa de base: (c) Cantoneiras: (d) Chapas gusset: (e) Talas de alma e de mesa: (f) Partes das peças ligadas envolvidas localmente na ligação: B) Meios de ligação: (a) Soldas: (b) Parafusos: (c) Barras rosqueadas (chumbadores): 6

7 C) Região nodal: Cálculo de ligação Verificação dos elementos de ligação Verificação dos meios de ligação R d S d 7

8 D) Requisitos a serem atendidos pela ABNT NBR 8800:2008 Permitir a execução de maneira adequada e em boas condições de segurança da fabricação, do transporte, do manuseio e da montagem da estrutura; As ligações devem ser dimensionadas para uma força solicitante mínima de 45 kn, com direção e sentido da força atuante. Exceção: diagonais e montantes de travejamento de barras compostas, barras redondas para tirantes, terças e longarinas. Ligações de barras tracionadas ou comprimidas devem ser dimensionadas no mínimo para 50% da força axial resistente de cálculo da barra Classificação das ligações Segundo os esforços solicitantes Segundo a rigidez 8

9 Segundo os esforços solicitantes: Dependendo dos esforços solicitantes e das posições relativas desses esforços e dos grupos de parafusos ou linhas de solda resistentes, as ligações podem ser: (a) CISALHAMENTO CENTRADO (b) CISALHAMENTO EXCÊNTRICO 9

10 (c) TRAÇÃO (OU COMPRESSÃO) CENTRADA (d) TRAÇÃO (OU COMPRESSÃO) COM CISALHAMENTO Segundo a rigidez: A rigidez das ligações é a capacidade de impedir a rotação relativa local das peças ligadas. OU Capacidade de restrição ao giro imposto pela ligação. Uma conexão pode ser flexível (articulada) ou rígida (engastada). Ao se aplicar o momento fletor uma ligação rígida não permite rotação, ou seja, o ângulo de rotação entre as partes conectadas é zero. Na ligação flexível, ao contrário, esse ângulo seria infinito, ou seja, a rotação é livre. Na prática esses limites são inatingíveis. 10

11 Por análise experimental, pode-se determinar o valor do ângulo de rotação entre as partes conectadas, isto é, o GRAU DE RIGIDEZ da ligação. Para efeito de projeto, as ligações mais rígidas serão admitidas rígidas, e as ligações menos rígidas, flexíveis. Atualmente é possível considerar via programas de computador, a semirrigidez das ligações. Ligação rígida: O ângulo entre os elementos estruturais que se interceptam permanece essencialmente o mesmo após o carregamento da estrutura. Transmissão integral de momento fletor, força cortante e força normal. 11

12 As ligações rígidas devem ser concebidas de forma a garantir: Que as reações de apoio sejam transmitidas ao pilar ou viga que as recebem; A rotação em torno do eixo longitudinal e a rotação de uma peça em relação à outra no plano da flexão sejam impedidas. Os esforços externos são transferidos dos pilares e vigas, por meio de momento fletor, força cortante e força normal (tração ou compressão). Admite-se que o binário que compõe o momento fletor atue somente nas mesas da viga, então o momento fletor é transferido da viga ao pilar ao se ligar às mesas. A alma também deve ser ligada para transmissão da força cortante. 12

13 Exemplos de ligações rígidas: Nas ligações rígidas é comum a colocação de enrijecedores na alma do pilar, em continuidade às mesas da viga. Esse procedimento tem objetivo de impedir a ocorrência de estados-limites últimos relacionados às forças localizadas de compressão e tração na mesa do pilar e também prevenir deformações da mesa e da alma do pilar. Ligação rígida viga-pilar segundo a NBR 8800:2008: Válida somente: Se a 1ª condição for satisfeita e a 2ª não, a ligação deve ser considerada semi-rígida. 13

14 Ligação flexível: A restrição à rotação relativa entre os elementos estruturais deve ser tão pequena quanto se consiga obter na prática. O momento fletor transmitido é muito pequeno, na prática considera-se nulo. Há transmissão integral de força cortante e pode haver transmissão de força normal. A deformação axial dos parafusos tracionados e, principalmente, a deformação por flexão das cantoneiras permitem a ocorrência da rotação necessária. As ligações flexíveis devem ser concebidas de maneira a garantir: Que as reações de apoio sejam transmitidas ao pilar ou viga que as recebem; A rotação de uma peça em relação à outra no plano da flexão (plano da alma no caso de uma viga com seção em forma de I ; Que a rotação em torno do eixo longitudinal seja impedida. 14

15 Exemplos de ligações flexíveis: Ligação rotulada viga-pilar segundo a NBR 8800:2008: 15

16 Ligação semi-rígida: Apresenta um comportamento intermediário entre a ligação rígida e a flexível. O momento transmitido através da conexão não é nem zero (ou próximo de zero) como no caso das ligações flexíveis e nem o momento máximo (ou próximo dele) como no caso das ligações rígidas. Ligação semi-rígida Necessário conhecer a relação de dependência entre: Momento resistente e a rotação Diagrama momento / rotação Indicadas: -Curvas relativas às ligações rígidas, semi-rígidas e flexíveis; -Reta que relaciona momentos e rotações nos apoios para uma viga submetida a carga uniforme. 16

17 Para viga com carga uniformemente distribuída temos: - Considerando as conexões nas extremidades teoricamente rígidas, o momento nos apoios será: - Considerando que a ligação não é teoricamente rígida e permite alguma rotação das seções nos apoios (θ), o alívio do momento nos apoios será: - O momento real nos apoios será: - Para θ = 0: (ligação teoricamente rígida) - Para Μ = 0: θ (ligação teoricamente flexível) 17

18 1.3. Tipos de ligações mais usuais Ligações viga com viga Ligações viga com pilar Emendas de pilar tipo I, H e tubular Ligação pilar com fundação Ligações viga com viga Elevação e perspectiva de uma solução viga-viga parafusada com o uso de cantoneira 18

19 Solução de uma viga soldada diretamente a outra Ligações viga com pilar Solução para cisalhamento com cantoneira ou chapas na alma. 19

20 Com cantoneira de assento para cisalhamento e ou pequenos momentos e chapas de extremidade para ligações a cisalhamento e momento, todas com uso de parafusos. 20

21 Ligações vigas com pilares soldadas: Ligações vigas com pilares parafusadas e soldadas 21

22 Emendas de pilar tipo I, H e tubular Emendas de pilares tipo I ou H parafusadas 22

23 Emendas de pilares tipo I ou H soldadas 23

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25 Ligação pilar com fundação 25