Estruturas Metálicas

Introdução

O aço é a liga ferro-carbono. O carbono aumenta a resistência do aço, porém o torna mais frágil. Aços com baixo teor de carbono têm menor resistência à tração, porém são mais dúcteis . As resistências à ruptura por tração e compressão dos aços utilizados em estruturas são iguais, variando desde 300MPa até 1200MPa.

Propriedades dos aços

- Constantes Físicas:

• Módulo de elasticidade � E=200.000 MPa • Coeficiente de Poisson � ν= 0,3 • Coeficiente de dilatação térmica � β=12x10-6/oC • Massa específica � ρa=7850 kg/m3

- Ductilidade

É a capacidade do material de se deformar sob ação de cargas. Os aços dúcteis, quando sujeitos a tensões locais elevadas, sofrem deformações plásticas capazes de redistribuir as tensões.

-Fragilidade

É o oposto da ductilidade

Os materiais frágeis se rompem bruscamente sem aviso prévio. O comportamento frágil é analisado sob dois aspectos: a iniciação da fraturas e a sua propagação.

- Resiliência e Tenacidade

Capacidade do metal absorver energia mecânica.

Resiliência é a capacidade de absorver energia mecânica em regime plástico.

Tenacidade é a energia total, elástica e plástica que o material pode absorver.

-Dureza

É a resistência ao risco ou abrasão. -Efeito de temperatura elevada

Temperaturas elevadas modificam as propriedades físicas dos aços. Elas reduzem as resistências ao escoamento fy e ruptura fu e o módulo de elasticidade E.

-Fadiga

Quando peças metálicas trabalham sob efeito de esforços repetidos em grande numero, pode haver ruptura em tensões inferiores às obtidas em ensaios estáticos. Esse efeito denomina-se fadiga do material.

- Corrosão

É o processo de reação do aço com alguns elementos presentes no ambiente em que se encontra exposto. A corrosão promove a perda de seção das peças de aço e pode provocar o colapso.

A proteção contra corrosão é feita por pintura ou galvanização.

O aço resistente à corrosão, ao ser exposto ao ar, desenvolve uma película (pátina) produzida pela própria corrosão, que se transforma em uma barreira reduzindo a evolução do processo.

Produtos de aço estrutural

Basicamente, os produtos de aço estruturais, podem ser classificados em chapas, barras e perfis.

As barras são produtos laminados nos quais duas dimensões (da seção transversal) são pequenas em relação à terceira (comprimento). Podem ter seções quadrada, retangular alongada ou circular.

As chapas são produtos laminados, nos quais uma dimensão (a espessura) é muito menor que as outras duas (largura e comprimento). Sua designação ou especificação é feita utilizando-se a sigla “CH”, seguida da espessura da chapa e do tipo de aço. Por exemplo, CH 25 – ASTM A36.

Os perfis estruturais podem ser classificados em perfis laminados, soldados e dobrados.

Os perfis laminados do tipo H,I e C (U) são produzidos em grupos, sendo os elementos de cada grupo de altura h constante e largura das abas b variável. Os perfis L, as cantoneiras, são fabricados com diversas espessuras para cada tamanho de abas.

Os perfis I podem ser classificados como:

Perfil I - S(standard beam), com mesas de faces internas inclinadas;

Perfis I aba larga e H - W com mesas de faces paralelas

- HP com mesas de faces paralelas e espessura constante.

Os perfis soldados são formados pela associação de chapas ou de perfis laminados simples, sendo a ligação soldada.

A NBR 5884:1980 (perfis soldados) padronizou três series de perfis soldados:

-Perfis CS (colunas soldadas)

-Perfis VS (vigas soldadas)

-Perfis CVS (colunas e vigas soldadas)

As chapas metálicas de aços dúcteis podem ser dobras a frio, transformando-se em perfis de chapas dobradas.

O processo de conformação consiste do dobramento de chapas finas de aço (em geral menor que 3mm de espessura), obtendo-se perfis com seções transversais de diversas formas, sendo mais usuais os perfis “U”, “Z”, “S”.

Métodos de Cálculo

-Projeto Estrutural

Os objetivos de um projeto estrutural são:

• Garantia de segurança estrutural evitando-se o colapso da estrutura; • Garantia de bom desempenho da estrutura evitando-se a ocorrência de grandes

deslocamentos, vibrações, danos locais.

-Estados Limites

Um estado limite ocorre sempre que estrutura deixa de satisfazer um de seus objetivos. Eles podem ser divididos em:

• Estados limites últimos • Estados limites de utilização

Os estados limites últimos estão associados à ocorrência de cargas excessivas e consequente colapso da estrutura devido, a:

• perda de equilíbrio como corpo rígido; • plastificação total de um elemento estrutural ou de uma seção; • ruptura de uma ligação ou seção; • flambagem em regime elástico ou não; • ruptura por fadiga.

Os estados limites de utilização ou de serviço, como também é conhecido, está associado a cargas em serviço e é atingido sempre que a estrutura apresentar vibrações ou deformações excessivas que gerem desconforto aos seus usuários.