Estruturas Metálicas

Profª. Priscilla Maiolino

Dimensionamento Estrutural

Dimensionamento

estrutural

Princípios de estática,

dinâmica, resistência

dos materiais e análise

estrutural

Funcionalidade,

segurança e economia

Bibliografia

Pfeil, Walter; Pfeil, Michèle. Estruturas de Aço Dimensionamento

Prático. 8ª ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos,

2003;

Bellei, Ildony H.; Pinho, Fernando O.; Pinho, Mauro O.. Edifícios de

Múltiplos Andares em Aço. 1ª ed. São Paulo: PINI, 2004;

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – NB14/86 (NBR

8800) – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios, Rio

de Janeiro;

Salmon, Charles G.; Johnson, John E.; Malhas, Farias A.. Steel

Structures Design and Behavior. 5ª ed. New Jersey: Pearson

Prentice Hall, 2009.

Vantagens e desvantagens

EXECUÇÃO Produção em série na fábrica e apenas montagem na obra;

TRANSPORTE da fábrica à obra;

PESO Apesar de ter o peso específico maior do que o concreto, permite estruturas mais leves

e, consequentemente, fundações menos onerosas, pois a alta resistência do material permite o

suporte de grande esforços com pequenas áreas;

MÃO DE OBRA Exige mão de obra especializada, sendo mais cara e mais difícil de encontrar;

FINANCEIRO Mão de obra, equipamentos e material mais caros;

PRAZO Construção mais rápida (comparando com CA)

Exige cuidados contra a CORROSÃO;

Possibilidade e desmontagem da estrutura e posterior REUTILIZAÇÃO;

Grande margem de segurança por ser uma material único e homogêneo com características bem

definidas.

Normas Técnicas

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

NB 14 (NBR 8800) – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de

Edifícios

NB 862 (NBR 8681) – Ações e Segurança nas Estruturas

NB 5 (NBR 6120) – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações

NBR 14323 – Dimensionamento para Estruturas de Aço de Edifícios em

Situação de Incêndio

NBR 14432 – Exigências de Resistência ao Fogo de Elementos de

Construtivos de Edificações

AISC – American Institute of Steel Construction

ASTM – American Society for Testing and Materials

Características do aço

0% ≤ teor de aço ≤ 1,7%

O carbono aumenta a resistência do aço, porém o torna

mais dúctil e frágil;

Processos de fabricação:

Produção de ferro fundido em alto forno e depois refinamento

em aço no conversor de oxigênio

Sucata de ferro fundido em forno elétrico;

Em ambos os processos, adiciona-se elementos de liga

(carbono, silício, manganês, fósforo, enxofre, etc) para produzir

o aço desejado

Tipos de aços estruturais

Aço = Ferro + Carbono + Silício + Enxofre + Fósforo + Manganês + ...

Segundo a composição química:

Aço carbono

Mais usado

Aumento da resistência dada pelo carbono e manganês (menor escala)

Prefere-se que o teor de carbono < 0,45% para não comprometer a soldabilidade

Mais usados:

ASTM A36

ASTM A570

ASTM A307 (parafusos)

ASTM A325 (parafusos de alta resistência)

ASTM A325 tem a resistência aumentada através de tratamento térmico

Tipos de aços estruturais

Segundo a composição química:

Aço de baixa liga

Aço-carbono acrescido de elementos de liga (fósforo, cobre, manganês, níquel, vanádio, zircônio) melhorando a resistência sem comprometer a soldabilidade;

Mais usados:

ASTM A572

ASTM A441

Adicionando componentes de liga aumenta-se a resistência à corrosão entre duas a quatro vezes

Ambos podem ter a resistência aumentada através de tratamento térmico.

Tabela dos principais aços estruturais

Propriedades dos aços estruturais

Características físicas comuns a todos os aço em faixa normal de temperatura:

Elasticidade capacidade de voltar à sua forma original após sucessivos ciclos de

carregamento e descarregamento (rever Lei de Hook)

E = Módulo de Elasticidade = 210 GPa

Coeficiente de Poisson Coeficiente de proporcionalidade entre as deformações

longitudinal e transversal de uma peça

ν = 0,3

Coeficiente de dilatação térmica Havendo mudança de temperatura, o material dilata ou

contrai

β = 12 E-6 /°C

Módulo de Cisalhamento

G = E / 2(1+ν)

Peso específico

γ = 77 kN/m³

Propriedades dos aços estruturais

Ductilidade

Capacidade de deformação sob ação de cargas;

Fragilidade

Oposto da ductilidade

O aço se torna frágil sob baixas temperaturas, efeitos térmicos locais;

O estudo das condições em que o aço se torna frágil é importante uma vez que materiais frágeis rompem sem aviso prévio;

A fragilidade é analisada pelo inicio e propagação da fratura, que, uma vez iniciada, se propaga mesmo com tensões moderadas;

Propriedades dos aços estruturais Resiliência

Capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico;

Tenacidade

Energia total (elástica + plástica) que pode ser absorvida pelo material até sua fratura

Dureza

Resistência ao risco ou abrasão (raspagem). Através da dureza pode-se calcular a resistência;

Fadiga

Peças que trabalham sob esforços cíclicos tendem a romper com tensões menores do que a de ruptura.

Deve ser verificada em pontos de brusca variação de seção, soldas;

Caracterizada pelo início da fratura e sua propagação com a repetição de cargas

Corrosão

Reação do aço exposto com meio ambiente.

Promove perda de seção.

Diagrama de Tensão-Deformação

Propriedades dos aços estruturais

Efeito da temperatura elevada

Tendência a mudar características do

aço a medida que a temperatura cresce

Para T>100°C, a tensão de escoamento

deixa de ser bem definida Redução do módulo de elasticidade com a temperatura

Produtos Metálicos Estruturais

Produtos laminados

Produtos Metálicos Estruturais

Produtos laminados

Barras

2 dimensões << 3ª

Chapas

1 dimensão >> outras 2

Perfis laminados

Forma H, I, C, L

Dignados pela altura x massa linear

Tubos

Seções circular, retangular, quadrangular

Produzidos em laminadores especiais ou chapa dobrada e soldada

Produtos Metálicos Estruturais - Laminados

Produtos Metálicos Estruturais - Laminados

Exemplo de perfil

Produtos Metálicos Estruturais

Chapas dobradas

Chapas metálicas dúcteis podem ser dobradas a frio

transformando-se em perfis;

Dobragem feita em prensas especiais;

Perfis: U, complexo S e Z.

Produtos Metálicos Estruturais

Perfis soldados

Formados pela associação de chapas ou perfis

laminados simples

São mais custosos

A NBR padronizou três tipos:

CS Colunas/estacas soldadas

VS Vigas soldadas

CVS Coluna e viga soldada

Ligação de Peças Metálicas

As peças são limitadas pela

Capacidade dos veículos de transporte

Capacidade dos laminadores

As ligações podem ser feitas através:

Soldas

Conectores

Parafusos

Rebites

Tensões Residuais

Tensões internas em perfis soldados ou laminados

decorrentes do resfriamento desigual das suas

partes

Nos perfis laminados, as partes mais expostas

resfriam mais rápido sendo impedidas de se contrair

O diagrama σ x ε considerando a tensão residual

tem a transição elástic – plástico mais gradual.