aula 1 - aço - introdução

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ESTRUTURAS de AÇO e MADEIRA Prof. Lagôa 1

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trabalho de aço e madeira

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  • ESTRUTURAS

    de AO

    e MADEIRA

    Prof. Laga1

  • 2PROGRAMA DE DISCIPLINA ESTRUTURAS DE AO E MADEIRA 1 SEMESTRE 2014

    SEMANA DIA/MES CONTEDO PROGRAMTICO BIBLIOGRAFIA

    1 10/Fev a 14/Fev

    Ferro e Ao: Ao estrutural, propriedades, produtos siderrgicos / perfis

    soldados, dobrados e laminados. Norma NB 8800. Apostila de Estruturas de

    Madeira para resumo.

    Exerccios a critrio do professor.

    Apostila de Estruturas de Madeira.

    2 17/Fev a 21/Fev

    Ferro e Ao: Ao estruturas, propriedades, produtos siderrgicos / perfis

    soldados, dobrados e laminados. Apostila de Estruturas de Madeira para

    resumo.

    Exerccios a critrio do professor.

    Apostila de Estruturas de Madeira.

    3 24/Fev a 28/Fev

    Propriedades Geomtricas de Figuras Planas. Centroide; Momento Esttico;

    Momento de Inrcia; Mdulo de Resistncia e Raio de Girao; Translao de

    eixos; Teorema dos Eixos Paralelos (Steiner). Exerccios.

    Hibbeler: Anexo A.

    Exerccios A1; A2; A3; A4.

    4 3/Mar a 7/MarCaractersticas Geomtricas de Perfis Sistemas Estruturais. Critrios de

    Dimensionamento; Norma NB 14; Mtodo dos Estados Limites. Exerccios

    5 10/Mar a 14/Mar Peas Tracionadas: Dimensionamento; rea bruta e rea lquida. Exerccios.

    6 17/Mar a 21/Mar Peas Tracionadas: Ligaes parafusadas: dimensionamento. Exerccios.

    7 24/Mar a 28/Mar Peas Tracionadas: Ligaes soldadas: dimensionamento. Exerccios.

    8 31/Mar a 4/AbrPeas Comprimidas: Flambagem: Carga crtica de flambagem; Uso de tabelas.

    Dimensionamento; Exerccios.

    9 7/Abr a 11/AbrPeas Comprimidas: Flambagem local e global; perda de estabilidade;

    deformao; Uso de tabelas. Dimensionamento. Exerccios.

    10 14/Abr a 18/AbrPeas Fletidas. Dimensionamento a flexo; dimensionamento ao

    cisalhamento).

    11 21/Abr a 25/Abr Mezanino metlico: Dimensionamento.

    12 28/Mar a 2/MaiCobertura metlica: Dimensionamento; Ao do vento em estruturas (NBR

    6123).

    13 5/Mai a 9/Mai Cobertura metlica: Dimensionamento.

    14 12/Mai a 16/Mai Cobertura metlica: Dimensionamento.

    15 19/Mai a 23/Mai AVALIAO AV1 e entrega do resumo de Estruturas de Madeira

    16 26/Mai a 30/MaiReviso Avaliao AV1.

    Peas Fletidas. Dimensionamento

    17 2/Jun a 6/Jun AVALIAO AV2 Integrada

    18 9/Jun a 13/Jun Reviso da Avaliao AV2.

    19 16/Jun a 20/Jun AVALIAO AV3 Integrada

    20 23/Jun a 27/Jun Reviso da Avaliao AV2.

  • 3Bibliografia bsica:

    BELLEI, Ildony H. Edifcios Industriais em Ao. 2.ed.: Projeto e Clculo, So Paulo, Pini, 1998.

    MOLITERNO, A. Caderno de Projetos de Telhados em Estruturas de Madeira, 2 edio So Paulo,

    Edgard Blcher, 1982

    Bibliografia complementar:

    SSSEKIND, Jos Carlos. Curso de Anlise Estrutural: Processo de Cross, 4.ed. Porto Alegre, Globo,

    1980. v.3.

    TIMOSHENKO, S. P. Resistncia dos Materiais , Rio de Janeiro, Livros Tcnicos e Cientficos, 1971.

  • 4Aula 1

    I N T R O D U O

  • 5O F e r r o

    Os primeiros usos do ferro aconteceram, aproximadamente, 8000 anos atrs, em civilizaes tais como a do Egito, da Babilnia, da ndia e, mais tarde a dos fencios e dos etruscos.

    Essas civilizaes, usaram o ferro apenas como adornos, na construo de armas e tambm para fins pacficos, na confeco de ferramentas agrcolas.

    O uso do ferro em escala industrial s teve lugar em meados do sculo XIX, decorrente da Revoluo Industrial na Inglaterra, Frana e Alemanha.

    A primeira obra importante construda em ferro foi a ponte sobre o rio Severn, na Inglaterra, em 1779.

    Com a inveno do ao laminado, no sculo XIX , desenvolveram as grandes estruturas, como o Palcio de Cristal em Londres, em 1851. Em Portugal em 1877 , foi construda a ponte Maria Pia.

  • 6Em 1883 foi inaugurada em Nova York a ponte pnsil de Brooklin, com 487 metros de comprimento e 20000 toneladas de metal projeto de John August Roebling .

    Na Frana, Alexandre Gustave Eiffel constri em 1889 a torre que tomou seu nome, para a Exposio Universal de Paris, com 300 metros de altura e 7700 toneladas de perfis metlicos.

  • 7No Brasil o uso do ferro est relacionada com sua histria.

    Em 1590 Afonso Sardinha instalou perto de Sorocaba dois engenhos de fabricao de ferro.

    Em 1808, com a vinda de D. Joo VI ao Brasil, originou a instalao da Real Fbrica de Ipanema, em Sorocaba, sob a orientao de tcnicos europeus Varnhagem e Eschwege.

    No incio do sculo XX foram surgindo novas usinas. Em 1918 j existia cerca de uma dezena funcionando.

    Em 1941 criada, por Getlio Vargas, a Companhia Siderrgica Nacional em Volta Redonda.

  • 8 Telhados

    Edifcios industriais e comerciais.

    Hangares

    Pontes e viadutos

    Torres

    Aplicaes das Estruturas Metlicas

    Guindastes

    Escadas

    Mezaninos

    Pontes rolantes

    Indstria naval e aeronutica

    Passarelas

  • 91961 - Edifcio Avenida Central, no Rio de Janeiro.

    1969 Parque Anhembi , em So Paulo

    1937 - Ponte Golden Gate, em So Francisco, nos Estados Unidos.

    1913 Viaduto Santa Ifignia, em So Paulo.

    Construes em Estrutura Metlica

  • 10

    So Paulo, SP 13 de dezembro de 1969 70 mil m

  • 11

    So Paulo, SP 13 de dezembro de 1969 70 mil m 25 guindastes

  • 12

    Aplicaes das Estruturas Metlicas

  • 13

    Aplicaes das Estruturas Metlicas

  • 14

    Aplicaes das Estruturas Metlicas

  • 15

    Aplicaes das Estruturas Metlicas

  • 16

    Aplicaes das Estruturas Metlicas

  • 17

    Construes em Estruturas Metlica

  • 18

    TIPOS DE METAIS

    METAIS

    NO FERROSOS

    ALUMNIO

    COBRE

    METAIS PESADOS

    CHUMBO

    NQUEL

    ZINCO

    MERCRIO

    FERROSOS FERRO

  • 19

    O PROCESSO SIDERRGICO

    o processo de obteno do ao, desde a chegada do minrio de ferro at o produto final a ser utilizado no mercado, em diferentes setores;

    AO

    Liga metlica composta principalmente de ferro e carbono.

    % Carbono Resistncia Ductilidade

    Mecnica Soldabilidade

    Aos de baixo carbono: C 0,3%

  • 20

    O ao produzido, basicamente, a partir de minrio de ferro, carvo e cal.

    A fabricao do ao pode ser dividida em quatro etapas:

    1. Preparao da carga

    2. Reduo

    3. Refino

    4. Laminao

    O Processo Siderrgico

  • 21

    1. Preparao da carga

    O carvo processado na coqueria e transforma-se em coque.

    Grande parte do minrio de ferro (finos) aglomerada utilizando-se cal e finos

    de coque.

    O produto resultante chamado de sinter.

    2. Reduo

    Essas matrias-primas, agora preparadas, so carregadas no alto forno.

    Oxignio aquecido a uma temperatura de 1000C soprado pela parte de baixo

    do alto forno.

    O carvo, em contato com o oxignio, produz calor que funde a carga metlica e

    d incio ao processo de reduo do minrio de ferro em um metal lquido: o

    ferro-gusa.

    O gusa uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado.

    O Processo Siderrgico

  • 22

    O Processo Siderrgico

    3. Refino

    Aciarias a oxignio ou eltricas so utilizadas para transformar o gusa lquido ou

    slido e a sucata de ferro e ao em ao lquido.

    Nessa etapa parte do carbono contido no gusa removido juntamente com

    impurezas.

    A maior parte do ao lquido solidificada em equipamentos de lingotamento

    contnuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos.

    4. Laminao

    Os semi-acabados, lingotes e blocos so processados por equipamentos

    chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos

    siderrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composio

    qumica.

  • 23

  • 24

  • 25

    Materiais

    PROPRIEDADES FSICAS DO AO CONSTANTES FSICAS

    Mdulo de Elasticidade E = 20.000 kN/cm2

    Mdulo de Elasticidade Transversal G = 7.700 kN/cm2

    Coeficiente de Poisson = 0,3

    Massa Especfica = 7850 kg/m3

    Coeficiente de Dilatao Trmica = 1,2 x 10-5 C

  • 26

    TENSO x DEFORMAO

    O diagrama Tenso x Deformao obtido por meio de ensaio de trao em corpos-de-prova padronizados, em que se define a resistncia ao escoamento (fy) e a resistncia a ruptura (fu).

  • 27

    P R O P R I E D A D E S D O S A O S E S T R U T U R A I S

    Resistncia a propriedade que tem um elemento construtivo de se opor ruptura, quando solicitado por esforos externos.

    Rigidez a propriedade que tem um elemento construtivo de se opor s deformaes.

    Ductibilidade a capacidade do material de se deformar sob a ao de cargas.

    Fragilidade o oposto da ductibilidade. Os aos podem ter caractersticas de elementos frgeis em baixas temperaturas ambientes.

    Resilincia a capacidade do material absorver energia mecnica em regime elstico.

    Tenacidade a capacidade do material de absorver energia mecnica com deformaes elsticas e plsticas.

    Dureza Resistncia ao risco ou abraso.

    Fadiga Resistncia a carregamentos repetitivos.

  • 28

    1MPa = 106 N/m2 = 1000 kN/m2 = 10,2 kgf/cm2 = 145 PSI

  • 29

  • 30

  • 31

    Principais Tipos de Ao

    Anexo A da NBR 8800:2008

    MR-250 (ASTM A-36)

    fy = 250 MPa (escoamento)

    fu = 400 MPa (ruptura)

    % mx C = 0,26%

    AR-350 (ASTM A-572 Gr50)

    fy = 350/345 MPa (escoamento)

    fu = 450 MPa (ruptura)

    % mx C = 0,23%

    % mx Mn= 1,35%

    Ao estrutural comum

    Ao de alta resistncia mecnica e baixa liga

  • 32

    Anexo A da NBR 8800:2008

    AR-350 COR (ASTM A-588/COR 500)

    fy = 350/345 MPa (escoamento)

    fu = 450 MPa (ruptura)

    % mx C = 0,17%

    % mx Mn = 1,20%

    % mx Ni = 0,40%

    Si, Cr, Mo, Cu, V, Mb

    Ao de alta resistncia mecnica, baixa liga, e elevada resistncia corroso atmosfrica (patinvel)

    Principais Tipos de Ao

  • 33

    Tipos de Produtos

    Produtos Siderrgicos

    Perfis Laminados

    Barras e Chapas

    Perfis cantoneira L, I, H e U.

    Produtos Metalrgicos

    Perfis Soldados e

    de Chapa Dobrada.

  • Produtos Siderrgicos

    34

    PERFS

  • 35

    Produtos Metalrgicos

    PERFIS COMPOSTOS POR CHAPAS DOBRADAS OU SOLDADAS

    Perfis de Chapa Dobrada

    OBSERVAO: No cobertos pela NBR-8800.

    Cobertos pela NBR-14672.

  • 36

    Produtos Siderrgicos

  • 37

    Produtos Siderrgicos

  • 38

    Produtos Siderrgicos

  • 39

    Produtos Siderrgicos

  • 40

    Produtos Siderrgicos

  • 41

    Produtos Siderrgicos

  • 42

    Produtos Metalrgicos

  • 43

    ELEMENTOS DE LIGAO

    PARAFUSOS, PORCAS E ARRUELAS

  • 44

    LEMBRE-SE: Para cada trabalho tem uma ferramenta adequada!!!

    ELEMENTOS DE LIGAOPARAFUSOS, PORCAS E ARRUELAS

  • 45

    ELEMENTOS DE LIGAOPARAFUSOS, PORCAS E ARRUELAS

    LEMBRE-SE: Para cada trabalho tem uma ferramenta adequada!!!

  • 46

    PARAFUSOS

  • 47

    sextavada

    PORCAS

  • 48

    ARRUELAS

  • 49

    ELEMENTOS DE LIGAOSOLDAGEM

    Soldagem um processo de unio rgida de duas ou mais partes metlicas, com ou sem a adio de material de enchimento, atravs do fornecimento de energia a regio adjacente zona que est sendo unida, de modo a provocar uma interfuso entre as partes.

  • 50

    DIMENSIONAMENTO SEGUNDO A NBR-8800:2008

  • 51

    O dimensionamento de perfis metlicos parte da premissa de que os esforos

    resistentes devem sempre ser superiores aos solicitantes para garantir a

    estabilidade da estrutura. As solicitaes so dados conhecidos nos problemas de

    dimensionamento sendo que a parcela a ser determinada a fora resistente, que

    varia de acordo com o tipo de solicitao e com o tipo de seo estudada.

    O dimensionamento das peas metlicas est subdividido para cada um dos

    esforos analisados (trao, compresso, flexo e corte). O dimensionamento feito

    de acordo com o que proposto pela NBR-8800:2008.

  • 52

    REGRA BSICA DE DIMENSIONAMENTO

    Item 4.6.3.2 da NBR-8800:2008

    Sd Rd

    Sd : Solicitao de Clculo.

    Rd : Resistncia de Clculo.

  • 53

    DIMENSIONAMENTO e EXECUO

    O dimensionamento e execuo de uma estrutura pressupe o atendimento s funes para os quais foi concebida, considerando sua vida estimada.

    Devem ser verificadas:

    Condies de segurana (Estado Limite ltimo);

    Condies de desempenho em uso (Estado Limite de Servio);

    Garantia das condies de durabilidade com custos compatveis.

  • 54

    DIMENSIONAMENTO e EXECUO

    Os Estados Limites ltimos esto relacionados ao colapso total ou parcial da estrutura, o que compromete a segurana dos usurios, e esto associados ao esgotamento da capacidade resistente, instabilidade e perda de equilbrio.

    Os Estados Limites de Utilizao esto relacionados a deficincia no desempenho para as condies de utilizao, como por exemplo, deformaes e vibraes excessivas.

    No Brasil, os cdigos de projeto adotam o mtodo dos estados limites como critrio de projeto. As aes so majoradas e combinadas adequadamente e as resistncias dos materiais so divididas por coeficientes parciais de modo a garantir a segurana estrutural.

    A NBR 8681:2003 a norma de aes de segurana que serve de referncia para as demais normas de projeto estrutural, incluindo a NBR 8800:2008.

  • 55

    DIMENSIONAMENTO e EXECUO

    A durabilidade das estruturas de ao est fortemente ligada ao desenvolvimento de processos corrosivos e eficiente (pintura, galvanizao, usos de aos de alta resistncia corroso).

    A exposio a temperaturas elevadas, provocadas pela ao do fogo em situao de incndio, outro fator que pode compromete a durabilidade da estrutura ou at provocar seu colapso.

  • 56

    ESTRUTURA E SEUS ELEMENTOS

    Estrutura a parte ou conjunto de partes de uma construo que se destina a receber cargas.

    Elementos de uma construo

    blocoBarraslida

    Barraconformada

    Folha ou placa

  • 57

    Classificao dos Elementos de Acordo com a Carga