ESTRUTURAS METÁLICAS

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1 ESTRUTURAS METÁLICAS Disciplina: Projeto e dimensionamento de estruturas de aço em perfis soldados e laminados. Curso: Especialização em Engenharia de Estruturas Professor: Carlos Eduardo Javaroni

2 Mini Currículo Graduado em Engenharia Civil. EESC/USP; Doutor em Engenharia de Estrutura Área de Estruturas Metálicas; Professor Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Unesp, campus de Bauru.

3 Gerais Objetivos Fornecer ao aluno os conhecimentos básicos sobre concepção, análise e dimensionamento de elementos de estruturas metálicas. Específicos Dimensionamento de estruturas metálicas constituídas por perfis laminados e soldados, atendento os requisitos básicos estabelecidos pela NBR 8800:2008

4 Conteúdo programático 1- INTRODUÇÃO: Aços estruturais e suas propriedades. Tipos de perfis e chapas de aço. Aplicação das estruturas de aço na construção civil. Normas e especificações empregadas 2- AÇÕES E COMBINAÇÃO DAS AÇÕES: Ações permanentes, variáveis e acidentais. Combinações para os estados limites últimos. Combinações para os estados limites de utilização. 3 - DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS DAS ESTRUTURAS DE AÇO: Elementos simples e compostos solicitados à tração e à compressão. Treliças, colunas, pendurais e escoras. Elementos solicitados à flexão simples: vigas não esbeltas e vigas esbeltas. Vigas mistas aço-concreto. Elementos solicitados à flexão oblíqua. Elementos solicitados à flexão composta. 4 - DIMENSIONAMENTO DE LIGAÇÕES EM ESTRUTURAS METÁLICAS: Ligações com solda. Ligações com parafusos comuns. Ligações com parafusos de alta resistência. Solicitações em soldas e parafusos. Emendas em vigas. Ligações com concreto. Disposições construtivas.

5 Referências Bibliográficas Normas Brasileiras: NBR 8800/2008: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios; NBR 8681/2004: Ações e seguranças nas estruturas. Livros: PFEIL, W; PFEIL, M. Estruturas de aço Dimensionamento prático. LTC BRAGANÇA PINHEIRO, A. C. F. Estruturas metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. São Paulo: Edgard Blücher, DIAS, L. M. A. Estruturas de aço Conceitos, Técnicas e Linguagem. Zigurate Editora

6 Referências Bibliográficas

7 Referências Bibliográficas

8 O Material Aço Aço: Liga metálica composta basicamente de ferro (98%) e carbono, com adições de outros elementos (silício, maganês, fósforo e etc.) que melhoram determinadas propriedades do aço. Resistência Mecânica Aço carbono Teor de Carbono máx x 0,3% Ductilidade Soldabilidade Aço baixa liga

9 Obtenção do aço. O Material Aço Minério de Ferro Calcário Carvão Coque ALTOFORNO FERRO GUSA AÇO CHAPAS E PERFIS

10 Obtenção do aço. O Material Aço

11 O Material Aço Classificação geral dos aços Aços Carbono (Média Resistência) Aços de Alta Resistência e Baixa Liga Aços Tratados Termicamente Aços Resistentes ao Fogo

12 Aços carbono: A resistência é garantida pela adição de elementos de liga em baixos teores residuais admissíveis. Classe do Aço Baixo Carbono (C até 0,30%) Médio Carbono (0,30%<C<0,50%) Alto Carbono (C>0,50%) O Material Aço Fu (MPa) Principais Aplicações < 440 Pontes, Edifícios, tubos e estruturas mecânicas. 440 a 590 Estruturas de navios e vagões. Estruturas mecânicas e equip. agrícolas. 590 a 780 Peças mecânicas, trilhos e rodas ferroviárias. Equipamentos agrícolas. EX.: ASTM A-36, NBR 6648/CG-26 (soldados), ASTM A-570 (P.F.F.)

13 O Material Aço Aços baixa liga: São aços carbono acrescidos de elementos de liga, que aumentam a resistência à tração e melhoram as propriedades mecânicas do aço. Apresentam tensão de escoamento entre 280 e 490 MPa. Adição de Cr, Cu, P, Si, Mn, Ni, Alta resistência mecânica Alta resistência a corrosão Alta resistência ao fogo

14 O Material Aço Aços baixa liga e alta resistência a corrosão: Esses aços, quando expostos a intempéries, desenvolvem em sua superfície uma camada de óxido aderente que funciona como barreira protetora. São os chamados aços patináveis Adição de Cr, Cu, Al, Ni, V EX.: USI-SAC300, COS-AR-COR 500, ZAR 280, ASTM A-242

15 O Material Aço Aços baixa liga e alta resistência ao fogo: Modificação na composição química dos aços de alta resistência mecânica. Comportamento sob altas temperaturas E,f 1,0 0,8 E Espessura Propriedades mecânicas do USI-FIRE 490 Temperatura ambiente 600 o C (mm) f y (MPa) f u (MPa) f y / f u Al (%) f y (MPa) 9, , , , ,6 0,4 0,2 f y f u o T ( o C)

16 Diagrama tensão x deformação com patamar de escoamento definido f f u Propriedades do Aço sem patamar de escoamento definido f f y f u f y E f u limite de resistência à tração do aço. f y limite de resistência ao escoamento do aço. f p - tensão de proporcionalidade. E Módulo de Elasticidade do aço. f p

17 O Material Aço Ensaio de tração

18 Propriedades do Aço Constantes físicas: Massa específica... =77 kn/m3 Módulo de elasticidade...e= Mpa Módulo de elasticidade transversal...g=78850 Mpa Coeficiente de Poisson... =0,3 Coeficiente de dilatação térmica... =12x10-6 / 0 C f u 1, 8 f f y 450Mpa y

19 Produtos de aço para estruturas Chapas: Elementos planos, obtidos por laminação a quente ou a frio.

20 Produtos de aço para estruturas Chapas

21 Produtos de aço para estruturas Perfis Estruturais em Aço: Elementos de barra, obtidos por laminação, solda ou dobramento a frio Semelhanças nas formas da seção transversal, diferentes aplicações. Quanto à fabricação: Perfis soldados; NBR 8800 Perfis laminados; Perfis formados a frio (chapa dobrada). NBR 14762

22 Produtos de aço para estruturas Produtos de aço para estruturas Perfis Laminados:

23 Produtos de aço para estruturas Perfis laminados: Obtidos diretamente dos laminadores das siderúrgicas. Estão disponíveis no mercado em forma de I, H, U e L. Utilização variada Limitações dimensionais Dificuldades nas ligações (Padrão americano) Elevado fator peso/inércia (Padrão americano)

24 Produtos de aço para estruturas Perfis laminados: Especificações padrão americano L50x50x3,0 L50x3,0 2L50x3,0 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

25 Produtos de aço para estruturas Perfis abas paralelas: Especificações padrão americano HPM IP HPL HPP

26 Perfis Gerdau Açominas Produtos de aço para estruturas

27 Produtos de aço para estruturas Perfis soldados Obtidos através da soldagem de várias chapas. Estão disponíveis no mercado em forma de I. Outras seções são possíveis. São perfis pesados. Séries Existentes VS altura/largura 4 CS altura/largura = 1 CVS 1 < altura/largura 1,5 Tabelas de perfis soldados

28 Produtos de aço para estruturas Perfis formados a frio: Obtidos pelo dobramento de chapas em temperatura ambiente.

29 Principais tipos de aços estruturais Tipo de Aço Propriedades Aplicações ASTM A-36 ASTM A-307 ASTM A -325 É o tipo mais comum de aço carbono, possui fy = 250 MPa e fu = 400 a 500 MPa Aço com baixo teor de carbono com fu = 415 MPa Aço com teor de carbono moderado que recebe tratamento térmico para aumento da resistência, possui fy = 635 MPa e fu = 825 MPa ASTM A-242 Aço de baixa liga com fy de 290 a 350 MPa É aplicado em estruturas em geral sob a forma de perfis e chapas Fabricação de parafusos comuns Fabricação de parafusos de alta resistência É aplicado em estruturas em geral, e estruturas em ambientes agressivos. É fabricado sob a forma de perfis e chapas

30 Principais tipos de aços estruturais Tipo de Aço Propriedades Aplicações CORTEN A e CORTEN B CORTEN C SAC 350 (SAC 50) Aços tipo ASTM A-242 fabricados pela CSN fy = 350 MPa fu = 490 MPa Aço tipo ASTM A-242 fabricado pela CSN fy = 420 MPa fu = 560 MPa Aço semelhante ao CORTEN A e B, porém fabricado pela USIMINAS Mesmas aplicações do aço ASTM A-242 Mesmas aplicações do aço ASTM A-242 Mesmas aplicações do aço ASTM A-242 e do CORTEN

31 Principais tipos de aços a estruturais Tipo do Aço Propriedades Aplicações SAC 300 (SAC 41) Aço fabricado pela USIMINAS de média resistência mecânica (maior que o ASTM A-36 porém menor que o SAC - 50) COS-AR-COS 500 COS-AR-COS 400 Aço de alta resistência e baixa liga resistente à corrosão. Fabricado pela COSIPA Aço de média resistência e baixa liga resistente à corrosão. Fabricado pela COSIPA Possuem resistência mecânica melhor que o ASTM A-36 porém inferior ao COS-AR-COS 500 AÇOS ESTRUTURAIS Especificações no Anexo A da NBR 8800:2008 Mesmas aplicações do aço ASTM A-242 e do CORTEN Mesmas aplicações do aço ASTM A-242 e do CORTEN Mesmas aplicações do aço ASTM A-242 e do CORTEN

32 Obras em aço

33 Quadra esportiva OBRAS EM AÇO

34 Cobertura OBRAS EM AÇO

35 OBRAS EM AÇO Galpão REVAP/Petrobras

36 Galpão Processos OBRAS EM AÇO

37 OBRAS EM AÇO Edíficios Centro Empresarial Aeroporto (Porto Alegre)

38 OBRAS EM AÇO WTORRE Av. Nações Unidas (SP)

39 OBRAS EM AÇO Fábrica de cosméticos (Ipel)

40 OBRAS EM AÇO PONTES - PASSARELAS Ponte Rodoferroviária sobre o Rio Paraná (SP/MS) Viaduto - Osasco Ponte sobre o Lago Sul (Brasília)

41 OBRAS EM AÇO Terminal Rodoviário - Jaú

42 OBRAS EM AÇO Ginásio Poli-esportivo Marília

43 OBRAS EM AÇO Ginásio Poli-esportivo Marília

44 Residências OBRAS EM AÇO

45 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS

46 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS NBR 8681:2004 Fixa as condições de segurança para as estruturas usuais. Método dos estados limites: Estados limites últimos e Estados Limites de serviço. Genericamente: S d R d

47 S AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS d : Efeito das ações e d : Resistência da estrutura R

48 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Resistência: aptão do material de suportar tensões. Resistência Característica; Resistência de cálculo.

49 AÇÕES E SEGURANÇA NAS Conceito de ação; ESTRUTURAS Tipos de ações valores nominais; Combinação das ações valores de projeto. Para estados limites últimos; F d m. F F. F n gi Gi, k q1 Q 1, k qj 0 j, ef Q j, i 1 j 2 k

50 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Combinação das ações. Para estados limites de serviço; F ser m i 1 F G i, k n j 2 2 j F Q j, k Exemplo de ações e combinações.

51 BARRAS TRACIONADAS N td N td

52 BARRAS TRACIONADAS Comportamento: N td Agfy Aefu N ( I ) ( II ) ( III ) solda ( I ) Barra Soldada Estado limite - Escoamento da Área Bruta Aefy ( II ) Barra Parafusada Estado limite - Escoamento da Área Bruta L ( III ) Barra Parafusada Estado limite - Ruptura da Seção Líquida N td

53 BARRAS TRACIONADAS Resistência de cálculo: Agfy Aefu Aefy N ( I ) ( II ) ( III ) solda ( I ) Barra Soldada Estado limite - Escoamento da Área Bruta ( II ) Barra Parafusada Estado limite - Escoamento da Área Bruta Escoamento da área bruta: N t, Rd A g f y a1 Áreas de cálculo: A g L área bruta A n área líquida A C A e t n ( III ) Barra Parafusada Estado limite - Ruptura da Seção Líquida C t Ruptura da área liquida efetiva: N t, Rd A Coeficiente de redução de e f y A n a2

54 BARRAS TRACIONADAS Áreas de cálculo: Área bruta: é a área do perfil. Área líquida: é a área bruta diminuída de furos, recortes, etc. C t : depende do projeto da ligação. Exemplos

55 BARRAS TRACIONADAS Áreas de cálculo: C t :depende do projeto da ligação. Exemplos Centróide x C t 1,0 C t 1 e L c c