DIMENSIONAMENTO DE UNIÕES UTILIZANDO CONECTORES METÁLICOS PARAFUSOS

Transcrição

1 03/12/ :18:18 1 Manaus, 2015 MINICURSO Eng. Civil

2 A SEREM ABORDADOS NESTE MINICURSO: - Contextualização; - Características dos Conectores Metálicos - Parafusos; - Normas; - Princípios básicos da Mecânica e Resistência dos Materiais; - Passo-a-passo para Dimensionamento ao Cisalhamento de Parafusos Comuns em Uniões Metálicas. 03/12/ :18:18 2

3 . CONTEXTUALIZAÇÃO - 1⁰ Pergunta: O que significa uniões em estrutura? - 2⁰ Pergunta: Onde é possível encontra-las? - 3⁰ Pergunta: Do que são constituídas? - 4⁰ Pergunta: Existe uma classificação? - 5⁰ Pergunta: Como dimensiona-las? - 6⁰ Pergunta: Porque estuda-las? 03/12/ :18:18 3

4 CONTEXTUALIZAÇÃO: Exemplo de Uniões em Estruturas de Concreto. Fonte: EL DEBS, M.K.; MIOTTO, A.M.; EL DEBS, A.L.H.C. (2010). Analysis of a semi-rigid connection for precast concrete. Buildings & Structures 03/12/ :18:18 4

5 CONTEXTUALIZAÇÃO: Exemplo de Uniões em Estruturas de Madeira. Fonte: 03/12/ :18:18 5

6 CONTEXTUALIZAÇÃO: Exemplo de Uniões em Estruturas Metálicas. Fonte: Acervo Promake Engenharia 03/12/ :18:18 6

7 CARACTERÍSTICAS DOS CONECTORES METÁLICOS - PARAFUSOS Em estruturas usuais encontram-se os seguintes conectores: rebites, parafusos comuns e parafusos de alta resistência.. Tipos de Rebites Tipos de Parafusos 03/12/ :18:18 7

8 . CARACTERÍSTICAS DOS CONECTORES METÁLICOS - PARAFUSOS PARAFUSOS COMUNS - São fabricados a partir de barras redondas laminadas de aço de baixo carbono; - Possuem cabeça e porca hexagonais, com rosca parcial ou ao longo de todo o parafuso; - A ligação com este tipo de parafuso assume sempre como uma conexão de contato, ou seja, parafusos ficam solicitados ao cisalhamento e/ou tração. 03/12/ :18:18 8

9 . CARACTERÍSTICAS DOS CONECTORES METÁLICOS - PARAFUSOS PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA - São fabricados com aços tratados termicamente; - Estes parafusos trabalham através do esforço de protensão; - Para a utilização deste parafuso é necessário a análise e controle do aperto (torque); - Estes parafusos são usados em ligações que requerem maior confiabilidade na segurança. 03/12/ :18:18 9

10 . NORMAS PARA DIMENSIONAMENTO E ESPECIFICAÇÃO Normas Brasileiras: - NORMA BRASILEIRA NBR ; Normas Internacionais: - ASTM A307 - STANDARD SPECIFICATION FOR CARBON STEEL BOLTS, STUDS, AND THREADED ROD PSI TENSILE STRENGTH - ASTM A325 e ASTM A Standard Specification for Structural Bolts, Steel, Heat Treated, 120/105 ksi Minimum Tensile Strength 03/12/ :18:19 10

11 . PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA: O que é força? Qual a principal unidade utilizada? Como ela pode ser aplicada em elementos estruturais? Qual a forma de representa-la na análise estrutural? 03/12/ :18:19 11

12 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA: DE ATUAÇÃO DA FORÇA. 03/12/ :18:19 12

13 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA: DETERMINADAS FORMAS DE REPRESENTAÇÃO DA FORÇA. 03/12/ :18:19 13

14 . PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS: O que é tensão? Qual a principal unidade utilizada? Quais os tipos de tensão (σ / τ )? O que é deformação (ε)? Como funciona o ensaio de tração e o que resulta dele? O que significa Coeficiente de Segurança (K ou CS ou n)? 03/12/ :18:19 14

15 . PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS: Como funciona o ensaio de tração e o que resulta dele? O objetivo do ensaio é utilizar uma máquina de teste que mede a capacidade de suporte do material. 03/12/ :18:19 15

16 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS: Como funciona o ensaio de tração e o que resulta dele?. 03/12/ :18:19 16

17 . PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS: O que significa coeficiente de segurança (K ou CS ou n)? O coeficiente de segurança é utilizado no dimensionamento dos elementos de construção visando assegurar o equilíbrio entre a qualidade de construção e seu custo; A fixação do coeficiente é feita nas normas de cálculo, baseada em experiências e de acordo com critérios de utilização como: material a ser utilizado, tipo de carregamento, frequência de carregamento, ambiente de atuação e grau de importância do membro projetado. Através do Coeficiente de Segurança é possível determinar a tensão admissível. 03/12/ :18:19 17

18 . PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS: O que significa coeficiente de segurança (K ou CS ou n)? O coeficiente de segurança é utilizado no dimensionamento dos elementos de construção visando assegurar o equilíbrio entre a qualidade de construção e seu custo; A fixação do coeficiente é feita nas normas de cálculo, baseada em experiências e de acordo com critérios de utilização como: material a ser utilizado, tipo de carregamento, frequência de carregamento, ambiente de atuação e grau de importância do membro projetado. Através do Coeficiente de Segurança é possível determinar a tensão admissível. 03/12/ :18:19 18

19 . PRINCÍPIOS BÁSICOS DA MECÂNICA E DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS - ALGUNS PRINCÍPIOS BÁSICOS DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS: Segue abaixo alguns exemplos de Normas Técnicas, bastante utilizada nas engenharias: NBR 6118 Norma Brasileira de Projeto de Estruturas de Concreto Armado; NBR Norma Brasileira de Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios; NBR Norma Brasileira de Projeto de estruturas de madeira. 03/12/ :18:19 19

20 DIMENSIONAMENTO 03/12/ :18:19 20

21 DIMENSIONAMENTO Para dimensionamento das ligações parafusadas, é necessário determinar a menor resistência entre a peça (na região com e sem furos), através da análise do cisalhamento no corpo do parafuso ou também pela pressão de contato nos furos (esmagamento e rasgamento). Entretanto, reforçando que o presente curso comentará exclusivamente do dimensionamento de cisalhamento com parafusos em uniões metálicas. 03/12/ :18:19 21

22 DIMENSIONAMENTO Classificação da ligação quanto ao esforço solicitante (a) (b) (a) Ligação por corte; (b) Ligação por tração; (c) Ligação por corte e tração de conectores. (c) 03/12/ :18:19 22

23 DIMENSIONAMENTO Classificação da ligação quanto disposição construtiva 03/12/ :18:19 23

24 DIMENSIONAMENTO A transmissão dos esforços ocorre através do apoio das chapas (peças) no fuste do parafuso ou através da seção transversal do parafuso, gerando assim tensões uniformes para efeito do cálculo. 03/12/ :18:19 24

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28 DIMENSIONAMENTO 01 - Uma estrutura de sustentação tem duas barras que se interligam no ponto B e que suporta uma carga de 30 kn. Considerando que na estrutura atue uma combinação das ações normais e que os elementos de fixação das barras sejam parafusos A307 com diâmetro de 25 mm (1 ), determine se os mesmos atende aos esforços solicitantes nas ligações A e C. 03/12/ :18:19 28

30 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 1⁰ - Calcular os Esforços que agem nas barras AB e BC; 2⁰ - Calcular o Esforço atuante em cada parafuso; 3⁰ - Calcular a resistência do parafuso ao cisalhamento, conforme NBR 8800; 4⁰ - Comparar a Força Calculada e a Força de Resistência do material. Obs.: A força resistente deverá ser igual ou maior que a força calculada. 03/12/ :18:19 30

31 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 1⁰ - Calcular os Esforços que agem nas barras AB e BC: Aplicando os conceitos em 03/12/ :18:19 31

32 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 2⁰ - Calcular o Esforço atuante em cada parafuso: 03/12/ :18:19 32

33 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 2⁰ - Calcular o Esforço atuante em cada parafuso: 20 kn 20 kn 03/12/ :18:19 33

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35 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 4⁰ - Comparar a Força Calculada e a Força de Resistência do material. Resumo: - A força de cálculo na ligação A e C, respectivamente, foi de 20kN e 50kN. - A força que o parafuso resiste foi de 64 kn. Portanto o parafuso de φ 1 especificado, atende ao esforço de cisalhamento! 03/12/ :18:19 35

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37 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo Ao comparar a Força Calculada e a Força de Resistência do material: - A força de cálculo na ligação AB e BC, respectivamente foi de 20kN e 50kN. - A força que o parafuso resiste foi de 41 kn. Portanto o parafuso de φ 3/4 especificado anteriormente, atenderia com relação ao esforço de cisalhamento na ligação A mas não atenderia em C! 03/12/ :18:19 37

38 DIMENSIONAMENTO 02 Uma junta está presa por dois parafusos A307. Determine o diâmetro exigido para os parafusos, com relação ao cisalhamento. Admitindo que a estrutura esteja em condições de combinação das ações normais. 03/12/ :18:19 38

39 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 1⁰ - Calcular os Esforços que agem nas barras; 2⁰ - Calcular o Esforço atuante em cada parafuso; 3⁰ - Calcular a resistência do parafuso ao cisalhamento, conforme NBR 8800; 4⁰ - Comparar a Força Calculada e a Força de Resistência do material. Obs.: A força resistente deverá ser igual ou maior que a força calculada. 03/12/ :18:19 39

40 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 1⁰ - Calcular os Esforços que agem nas barras: 03/12/ :18:19 40

41 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 2⁰ - Calcular o Esforço atuante em cada parafuso: Portanto o esforço cortante em cada parafuso é de 20 kn 03/12/ :18:19 41

42 DIMENSIONAMENTO Roteiro de Cálculo 3⁰ - Calcular a resistência do parafuso ao cisalhamento, conforme NBR 8800; 03/12/ :18:19 42

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44 Boa noite a todos! 03/12/ :18:20 44