Aula 2 Estruturas Metálicas

Prévia do material em texto

-Segundo a composição química, os aços utilizados em estruturas são divididos em dois
grupos: aços-carbono e aços de baixa liga. Os dois tipos podem receber tratamentos térmicos que
modificam suas propriedades mecânicas.
-O aço-carbono é o aço mais empregado nas construções, e o aumento da sua resistência é
obtido, principalmente, através do acréscimo de carbono em relação ao ferro puro. Este acréscimo
de carbono na composição do aço, conforme anteriormente mencionado, implica em algumas
modificações em suas propriedades, como a redução da sua ductilidade, dificultando a soldagem.
-Os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de elementos de liga (Nióbio, Manganês,
Cobre, Silício, etc.) em pequenas quantidades, com teor de carbono da ordem 0,20%. Estas adições
garantem ao aço a elevação da sua resistência mecânica, permitindo ainda, uma boa soldabilidade.
-Os aços de baixa liga e alta resistência mecânica resistentes à corrosão atmosférica, são
fabricados a partir de aços-carbonos, com teor de carbono igual ou inferior a 0,25%, com adição de
alguns elementos de liga (Vanádio, Cromo, Cobre, Níquel e Alumínio) não ultrapassando a
quantidade de 2%, e limite de escoamento igual ou superior a 300 MPa (3,0 tf/cm²) .
-Nas aplicações estruturais, as grandezas utilizadas com mais frequência são as tensões (s) e 
as deformações (e).
Consideremos na figura uma barra reta solicitada por uma força F, aplicada na direção
do eixo da peça. Esse estado de solicitação chama-se tração simples. Dividindo a força F pela
área A da seção transversal, obtemos a tensão normal s.
-Na mesma figura, l0 representa um comprimento marcado arbitrariamente na barra sem
tensões. Sob o efeito da força F de tração simples, o segmento da barra de comprimento inicial
l0 se alonga passando a ter o comprimento l0 + Dl. Denomina-se alongamento unitário e (deformação)
a relação:
-Dentro do chamado regime elástico, as tensões s são proporcionais às deformações e . Esta
relação é denominada Lei de Hooke, em homenagem ao físico inglês Robert Hooke ( 1635 -1703), que a 
enunciou em 1676.O coeficiente de proporcionalidade se denomina módulo de deformação longitudinal ou 
módulo de elasticidade, ou ainda módulo de Young, em homenagem ao cientista inglês Thomas Young ). 
Esse coeficiente é representado pela letra E.
O módulo d e elasticidade E é praticamente igual para todos o s tipos de aço, variando entre:
200.000 < E < 210.000 MPa 
-A tensão de escoamento a cisalhamento 
fv, obtida nos ensaios de cisalhamento, é 
proporcional à tensão de escoamento em 
tração simples fy. Experimentalmente 
obtém-se a relação:
fyfy .6,0
3

Módulo de deformação longitudinal ou módulo de elasticidade E = 200.000MPa
• Coeficiente de Poisson u = 0,3
• Coeficiente de dilatação térmica a= 1 ,2 X 10-5 /C0
• Massa específica r= 7850 kg/m3
-Ductilidade
Denomina-se ductilidade a capacidade de o material se deformar sob a ação das cargas. 
Os aços dúcteis, quando sujeitos a tensões locais elevadas, sofrem deformações plásticas 
capazes de redistribuir as tensões. Esse comportamento plástico permite, por exemplo, que 
se considere em uma ligação parafusada a distribuição uniforme da carga entre parafusos.
-Fragilidade
É o oposto da ductilidade. Os aços podem se tornar frágeis pela ação de diversos agentes: baixas
temperaturas ambientes, efeitos térmicos locais causados, por exemplo, por solda elétrica etc.
O estudo das condições em que os aços se tornam frágeis tem grande importância nas construções
metálicas, uma vez que os materiais frágeis se rompem bruscamente, sem aviso prévio.
Dezenas de acidentes com navios, pontes etc, foram provocados pela fragilidade do aço, decorrente
de procedimento inadequado de solda.
O comportamento frágil é analisado sob dois aspectos: iniciação da fratura e sua propagação.
-Produtos Laminados
Os produtos laminados, em geral, se classificam em banas, chapas e perfis.
-Produtos Laminados
Os produtos laminados, em geral, se classificam em barras, chapas e perfis.
-Os perfis, quer laminados simples, quer compostos por solda, apresentam tensões residuais
internas decorrentes de resfriamentos desiguais em suas diversas partes. Nos perfis laminados,
após a laminação, as partes mais expostas dos perfis (bordas dos flanges e região central da alma) se resfriam mais 
rápido que as áreas menos expostas juntas alma-flange), sendo por elas impedidas de se contrair. Na fase final do 
resfriamento as áreas mais expostas já resfriadas impedem a contração das juntas alma-flange. Tensões residuais 
longitudinais se instalam em decorrência do impedimento à deformação de origem térmica. Nos perfis soldados, as 
regiões de alta temperatura se desenvolvem localmente junto aos cordões de solda.
-Elementos Estruturais
Os principais elementos estruturais metálicos são :
• Elementos lineares alongados, denominados hastes ou barras.
• Elementos bidimensionais, geralmente denominados elementos planos, constituídos por placas ou chapas.
Barras:
As barras formam elementos alongados cujas dimensões transversais são pequenas em relação ao comprimento. 
Dependendo da solicitação predominante, as hastes podem ser classificadas em:
- tirantes (tração axial)
- colunas ou escoras (compressão axial)
- vigas (cargas transversais produzindo momentos fletores e esforços cortantes)
- eixos (torção).
Os sistemas de elementos lineares são formados pela combinação dos principais elementos lineares
(tirantes, colunas, vigas) , constituindo as estruturas portantes das construções civis.
-A treliça ilustrada é um sistema utilizado tipicamente em coberturas de edifícios industriais (galpões). Nas 
treliças as barras trabalham predominantemente a tração ou compressão simples. 
-A grelha plana é formada por dois feixes de vigas, ortogonais ou oblíquas, suportando conjuntamente
cargas atuando na direção perpendicular ao plano da grelha. As grelhas são usadas em pisos de edifícios e 
superestruturas de pontes.
-Os pórticos , também denominados quadros rígidos, são sistemas formados por associação de barras
retilíneas ou curvilíneas com ligações rígidas entre si. O pórtico ilustrado na figura é um sistema estrutural 
típico de edificações.
O funcionamento das estruturas compostas por peças pré-fabricadas conectadas, como é o caso de 
estruturas de aço, depende essencialmente do comportamento das ligações. Por exemplo, no
caso de estruturas aporticadas de edificações, as ligações entre vigas e pilares determinam o
esquema estrutural representativo do pórtico . A Fig. 1 .26 mostra os dois tipos ideais de 
comportamento
das ligações: ligação perfeitamente rígida, que impede completamente a rotação
relativa entre a viga e o pilar ( Ø = 0° ; isto é, os eixos da viga e do pilar se mantêm a 90° após a
deformação), e ligação rotulada, que deixa livre a rotação relativa Ø viga-pilar.
-SoluçãoTípica de projeto para ligação rotulada e engastada usada para perfis metálicos:
O esquema estrutural das edificações compostas por associações de pórticos depende do 
tipo de detalhe selecionado para as ligações viga-pilar. Podemos identificar dois tipos básicos 
de esquemas estruturais:
a) Pórtico com ligações rígidas;
b) Estrutura contraventada com ligações flexíveis;
Pórtico com ligações rígidas
Estrutura contraventada com ligações flexíveis
Esforços nas estruturas aporticadas e contraventadas
A fig. 1,33a ilustra o esquema de um galpão metálico simples ( sem ponte rolante), formado 
por associação de elementos lineares e sistemas planos.
-Ação do Vento em um pórtico do galpão.
-Plano da Cobertura e Contraventamento entre eixos.