Concepções estruturais 1 ª aula. Professores: Nádia Forti João Carlos Rocha Braz

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1 Concepções estruturais 1 ª aula Professores: Nádia Forti João Carlos Rocha Braz

2 Ante - Projeto O que você quer? Satisfazer as necessidades e possibilidades do cliente; Espaços; Volume; Estética.

3 Ante - Projeto O que você precisa? Vãos:

4 Ante - Projeto Cargas: Cargas permanentes: Sua avaliação é função dos materiais escolhidos: Peso próprio da estrutura - aço, concreto, madeira; Vedações - alvenarias, painéis e caixilhos; Acabamentos - pisos, enchimentos, forros e impermeabilizações; Paisagismo - jardins sobre lajes; Implantação - arrimos e contenções; Coberturas - telhas e isolamentos; Instalações - hidráulica, elétrica, acústica, equipamentos, etc.

5 Ante - Projeto Cargas acidentais: São aquelas que podem ou não agir sobre a estrutura, independente de nossa determinação. Devido a esta sazonidade, eles devem ser considerados durante todo o tempo, não podendo nunca ser esquecidos. 1. Vento; 2. Sobrecarga; 3. Cargas dinâmicas.

6 Ante - Projeto Sobrecargas: podem ser cargas de pessoas, móveis, veículos, equipamentos, materiais armazenados, etc.

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8 Ante - Projeto Vento: Para a ação do vento, as cargas são determinadas em função da localização da obra, altura e forma do edifício, utilização e aberturas, conforme a NBR 6123.

9 Ante - Projeto Cargas dinâmicas: Podem ser equipamentos, fluxo de veículos ou vibração. Estruturas muito esbeltas, sujeitas à ação do vento, devem ser verificadas sob análise dinâmica. Ex: passarelas, galpões industriais com pontes rolantes, industrias com prensas.

10 Ante - Projeto O que você pode? Normas e limitações: segurança e conforto; Diferentes materiais: Concreto; Aço; Madeira. Custos: mercado dos materiais, oferta da mão de obra, tempo de execução; Execução: tanto pode ser resultado como condicionante da construção.

11 Ante - Projeto

12 Histórico Estruturas em Aço Marco Polo fala sobre pontes metálicas na China e na Índia Inicia-se o moderno cálculo estrutural Coalbrookdale Bridge: primeira obra em estrutura metálica, uma ponte metálica com 30 metros em vão, feita de ferro fundido (Inglaterra) Há difusão de pontes em arco em ferro fundido até Início da laminação de trilhos Josef Roebling produz cabos de aço para fazer a ponte do Niagara.

13 Ponte em Ferro

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17 Histórico Brittania Bridge na Inglaterra com vãos de 69, 138, 138 e 69 metros. É uma ponte tubular feita de placas forjadas e perfis em L Palm House (Londres) Palácio de Cristal (Londres) Monier patenteia uma série de peças em concreto armado e praticamente nessa data nasce o concreto armado Início da laminação de perfis.

18 Vantagens do aço com relação a outros materiais Alta resistência da matéria prima; Adaptatividade a qualquer forma estrutural; Simplicidade de reforma e reforço; Facilidade de montagem e desmontagem; Rapidez de execução e redução de custos proporcionadas pela industrialização; Minimização do trabalho no local de obra; Estrutura resultante mais leve.

19 Desvantagem do aço com relação a outros materiais. Alto custo inicial da obra; Incêndio; Deteriorização.

20 Tratamento de superfície e revestimento Antes de receber qualquer sistema de proteção, o aço deve passar por uma limpeza que remova de sua superfície óleos, graxas, poeiras, ferrugem solta e carepa. Normalmente esta limpeza é feita por jato abrasivo (areia ou granalha) ou por processo manual. Os principais tipos de revestimentos são: Contra corrosão: pintura e galvanização Contra fogo: materiais projetados, placas de gesso acartonado, lã de rocha e tinta intumescente.

21 Descrição do material

22 Descrição do material O aço-carbono é aquele no qual a resistência se deve basicamente ao teor de carbono e manganês. Ex.: ASTM A 36. O aço de baixa liga e alta resistência é aquele em que a adição de elementos químicos como Nióbio, Vanádio, Titânio e outros promovem grandes ganhos de propriedades mecânicas. Ex.: ASTM A 572. A adição de Cobre, Níquel, Cromo e outros elementos químicos a este aço acabam criando um grupo conhecido como patinável, que tem maior resistência frente à corrosão atmosférica, em condições específicas, quando fica aparente e desenvolve a pátina. Ex.: ASTM A 588.

23 Tipos de aço utilizados f u Valores típicos de f y e f u OA 1 = trecho elástico A 1 B 1 = trecho plástico B 1 C 1 = trecho de encruamento f u = tensão de ruptura f y = tensão de escoamento E = módulo de elásticidade σ = E.Є

24 Propriedades do aço Elasticidade Capacidade do material voltar a forma original após carregamentos Plasticidade Def.plástica permanente provocada por tensão igual ou superior ao limite de escoamento (encruamento material + frágil) Ductilidade É a capacidade dos materiais de se deformar plasticamente sem romper Tenacidade Capacidade do material absorver energia quando submetido a carga de impacto

25 CONCEPÇÃO ESTRUTURAL

26 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS PASSARELA DE PEDESTRE

27 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS GALPÕES INDUSTRIAIS

28 Exemplo Treliças

29 Exemplo Treliças

30 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS GALPÕES INDUSTRIAIS

31 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS GALPÕES INDUSTRIAIS

32 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS GALPÕES INDUSTRIAIS

33 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS GALPÕES INDUSTRIAIS

34 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS COBERTURA DE GINÁSIOS DE ESPORTES

35 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS COBERTURA PARA ESCRITÓRIOS

36 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS COBERTURA PARA ESCRITÓRIOS

37 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS COBERTURA PARA ESCRITÓRIOS

38 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS COBERTURA DE PAVILHOES

39 CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS ESTACIONAMENTOS

40 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas Os perfis de aço podem ser obtidos pelos seguintes métodos: laminação; solda; dobramento (chapas finas) Os perfis laminados são feitos por laminação. Os perfis soldados abrangem uma vasta gama de tamanhos e atendem às necessidades estruturais com economia. Perfis dobrados são feitos em chapa fina e são usados para estruturas de menor porte; podem ser com ou sem reforço de borda.

41 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas - Laminados Laminadores cilíndricos conformadores PERFIL LAMINADO

42 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas

43 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas- Soldados CHAPA SOLDADA Os perfis soldados são obtidos pelo corte, composição e soldagem de chapas planas de aço, permitindo grande variedade de formas e dimensões das seções e seu uso está bastante aquecido no mercado nacional. São classificados em séries, de acordo com sua utilização na estrutura, sendo os mais empregados em edificações:

44 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas- Dobrados CHAPA DOBRADA Os perfis estruturais formados a frio são obtidos pelos processos de dobramento a frio de chapas de aço. Embora padronizados, podem ser produzidos pelos fabricantes com a forma e tamanho solicitados. São recomendados para construções leves, sendo utilizados em elementos estruturais como barras de treliças, terças, etc. CHAPA DOBRADA

45 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas - Cantoneira

46 Cantoneiras ELEMENTOS DE LIGAÇÃO ENTRE PEÇAS

47 Cantoneiras BARRAS DE TRELIÇAS

48 Cantoneiras COMPOSIÇÃO DE PILARES

49 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas Perfil U Kgf/m)

50 Perfil U BARRAS DE TRELIÇAS

51 Perfil U COMPOSIÇÃO DE PILARES

52 Perfil U VIGAS PARA PEQUENAS CARGAS E VÃOS

53 Perfil U TERÇAS PARA TELHADO

54 Perfil U VIGA PARA APOIO DE DEGRAUS DE ESCADA

55 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas Perfil I

56 Perfil I VIGA

57 Perfil I PILARES DE PEQUENAS CARGAS

58 Tipos de perfis utilizados em estruturas metálicas Perfil H

59 CONCEPÇÃO ESTRUTURAL VIGAS

60 INTRODUÇÃO Quanto a concepção as vigas podem ser de: Alma cheia; Mistas. Vierendeel; Alveolares; Treliças Planas; Arco; Treliças Espaciais; Vagonadas

61 VIGAS DE ALMA CHEIA Comportamento de uma vigas de alma cheia

62 VIGAS DE ALMA CHEIA Comportamento de uma vigas de alma cheia

63 VIGAS DE ALMA CHEIA Dimensões para vãos econômica

64 VIGAS DE ALMA CHEIA Os valores de referência para um pré-dimensionamento das alturas de vigas de seção I, simplesmente apoiadas, são: Vigas biapoiadas h = 4% à 6% do vão (para vãos de 8 a 20 m) Vigas contínuas ou as secundárias h= = 4% à 6% do vão (para vãos de 4,5 a 18 m) A largura da viga deve variar entre 40 à 60% da altura

65 VIGAS MISTAS Os valores de referência para um prédimensionamento das alturas de vigas de seções mistas são: 5% à 4% de vão (para vãos de 6 a 20 m)

66 STEEL DECK

67 VIGAS VIERENDEEL São vigas compostas de barras resistentes na forma de quadros, unidas entre si por meio de ligações rígidas.

68 VIGAS VIERENDEEL Comparação com o deslocamento de uma treliça

69 VIGAS VIERENDEEL

70 VIGAS VIERENDEEL São vigas compostas de barras resistentes na forma de quadros, unidas entre si por meio de ligações rígidas. h = 10% à 14% do vão (para vãos de 12 a 35 m) A largura é de b = 80 à 100% da altura h h = h/6 à h/4

71 VIGAS ALVEOLARES Segue o prédimensionamento das vigas Vierendeel

72 VIGAS TRELIÇADAS Os valores de referência para um prédimensionamento das alturas de vigas de seções treliçadas são: h = 10% à 14% do vão (para vãos de 12 a 35 m)

73 VIGAS EM ARCO Os valores de referência para um prédimensionamento das alturas de vigas em arco são: flecha = 10% à 20% do vão; Largura = 10% à 20% da flecha; h = 2% do vão

74 VIGAS TRELIÇADAS ESPACIAIS

75 VIGAS TRELIÇADAS ESPACIAIS

76 VIGAS TRELIÇADAS ESPACIAIS

77 VIGAS VAGONADAS Os valores de referência para um prédimensionamento das alturas de vigas vagão são:

78 VIGAS VAGONADAS

79 TRELIÇAS PLANAS USUAIS

80 TRELIÇAS PLANAS CONVENCIONAIS Banzo superior Banzo inferior Montantes Diagonais Treliça trapezoidal plana composta por banzos, diagonais e montantes

81 TRELIÇAS PLANAS CONVENCIONAIS Banzo superior Banzo inferior Montantes Diagonais Treliça em banzos paralelos plana composta por banzos, diagonais e montantes

82 TRELIÇAS PLANAS CONVENCIONAIS Banzo superior Banzo inferior Montantes Diagonais Treliça em banzos paralelos plana composta por banzos, diagonais e montantes

83 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM DUAS ÁGUA

84 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM DUAS ÁGUAS Pórtico plano composto por treliça trapezoidal de aço e pilares de concreto armado com platibandas

85 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM DUAS ÁGUAS

86 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM DUAS ÁGUAS

87 Padronização dos espaçamentos entre eixos e filas de pilares

88 Padronização dos espaçamentos entre eixos e filas dos pórticos

89 Padronização dos espaçamentos e alinhamentos das terças

90 Padronização dos espaçamentos e alinhamentos das terças

91 Falta de estabilidade fora do plano

92 Sistema geral de contraventamento dos banzos superiores das treliças

93 Corte dos contraventamento verticais dos banzos inferiores da treliças

94

95 Sistema geral de contraventamento das terças

96 Sistema geral de contraventamento das terças e treliças

97 Sistema geral de contraventamento das terças e treliças

98

99 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM ARCO

100 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM DUAS ÁGUAS Pórtico plano composto por treliça em arco circular de aço e pilares de concreto armado com platibandas

101 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM DUAS ÁGUAS

102 SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM DUAS ÁGUAS

103 Padronização dos espaçamentos entre eixos e filas de pilares

104 Padronização dos espaçamentos entre eixos e filas dos pórticos

105 Padronização dos espaçamentos e alinhamentos das terças

106 Padronização dos espaçamentos e alinhamentos das terças

107 Falta de estabilidade fora do plano

108 Sistema geral de contraventamento dos banzos superiores das treliças e terças

109 Corte dos contraventamento verticais dos banzos inferiores da treliças

110

111 Sistema geral de contraventamento das terças e treliças

112 Sistema geral de contraventamento das terças e treliças

113 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ESTRUTURAL

114 DESENVONVIMENTO DO PROJETO ESTRUTURAL 1. Memorial descritivo do projeto 2. Arquitetura de edificação 3. Concepção estrutural 4. Carregamentos 5. Combinações das ações 6. Determinação dos esforços 7. Dimensionamento dos elementos estruturais

115 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 1 Memorial descritivo do projeto 1.1 Localização e finalidade da obra 1.2 Área de trabalho adequada : arquitetura com aberturas para iluminação, ventilação e passagem 1.4 Equipamento adequados para movimentação, tais como elevadores, escadas, gruas, pontes rolantes 1.5 Elementos provisórios para futuras ampliações 1.6 Detalhes de execução 1.7 Normas consideradas no projeto - NBR 8800/2006 Projeto e execução de estruturas de aço em edifícios - NBR 8681/1984 Ações e segurança nas estruturas - NBR 6123/1988 Forças devido ao vento em edificações

116 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 1 Memorial descritivo do projeto 1.8 Especificações de projeto Telhado em duas águas com treliças trapezoidais - vãos da treliça - distância entre treliças: de 4,0 a 6,0 m - Inclinação do telhado - Altura do montante de apoio - Ângulo de arranque do montantes de apoio - Ângulo entre os banzos e diagonais: 30 0 β Pilares de concreto armado ou aço - Excentricidade dos pilares

117 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 1 Memorial descritivo do projeto Telhado em arco com treliças em arcos circulares - vãos da treliça - distância entre treliças: de 4,0 a 6,0 m - Ângulo de arranque doa montantes de apoio - Ângulo entre os banzos e diagonais: 45 0 β Distância entre banzos: 1/50 h / L 1/30 - Relação flecha / vão : 1/10 f / L 1/5 - Pilares de concreto armado ou aço

118 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 1 Memorial descritivo do projeto Telhado em duas águas com treliças em banzos paralelos - vãos da treliça - distância entre treliças: de 4,0 a 6,0 m - Ângulo de arranque doa montantes de apoio - Ângulo entre os banzos e diagonais: 45 0 β Distância entre banzos: 1/50 h / L 1/30 - Pilares de concreto armado ou aço

119 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 2.1 Arquitetura de edificação em duas águas

120 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 2.2 Arquitetura de edificação em arcos

121 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3 Concepção estrutural 3.1 Geometria da treliça trapezoidal com cotas e ângulos

122 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3 Concepção estrutural 3.2 Posicionamento e fixação das telhas metálicas

123 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3 Concepção estrutural 3.3 Detalhe da calha para treliças trapezoidais

124 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3 Concepção estrutural 3.4 Geometria da treliça em arco com cotas e ângulos

125 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3 Concepção estrutural 3.5 Posicionamento e fixação das telhas metálicas

126 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3 Concepção estrutural 3.6 Detalhe da calha para treliças em arcos e banzos paralelos

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