Prévia do material em texto
Estruturas De Aço Aula 8: Ligações parafusadas – parte 01 Apresentação Nesta aula, estudaremos as ligações entre as peças, conceitos de dimensionamentos, tipo de ligações e tipos de parafusos. Veremos também o dimensionamento de peças submetidas à tração e compressão. Objetivos Descrever ligações tracionadas com parafusos; Descrever ligações comprimidas com parafusos; Detalhar as ligações. Dimensionamento das ligações entre elementos através de parafusos Considerações preliminares Nesta aula, estudaremos as ligações entre per�s, elementos ou peças metálicas por meio de rebites ou parafusos. A NBR 8800:2008 traz várias informações e recomendações quanto ao(à): 1 Tipo de parafuso 2 Ligação com ou sem atrito. 3 Plano de cisalhamento do parafuso. 4 Aperto com ou sem protensão. 5 Detalhamento e espaçamento entre os parafusos. Além disso, é necessário estudar a chapa na região dos furos e o possível plano de ruptura. Mas o que é ligação? Ligação é a intececção entre dois ou mais elementos estruturais, denominado, na teoria das estruturas, como nó. Devem ser estudados e considerados todos os esforços solicitantes em que atua, para proporcionar um dimensionamento e comportamento adequados. Na �gura 1. podemos ver um exemplo de ligação entre elementos estruturais ligados por parafusos. Figura 1 – Exemplo de ligação parafusada. Tipos de ligações de estruturas de aço As estruturas de aço podem ter as seguintes ligações: Ligações por soldas. Ligações por parafusos. Ligações por pinos. Ligações por barras redondas rosqueadas. Comentário Nesta aula, veremos apenas os projetos de ligações parafusadas e na aula 10 falaremos sobre as ligações soldadas. Componentes das ligações de estruturas de aço Para realizar uma ligação de aço adequada, são necessários alguns componentes: Chapa de ligação entre elementos. Placas de base. Cantoneiras. Talas de emendas. Enrijecedores. Vantagens e desvantagem das ligações parafusadas As vantagens das ligações parafusadas são: Facilidade na montagem e desmontagem das estruturas. Fácil inspeção e manutenção. Economia de energia e equipamentos. Mão de obra não quali�cada. As desvantagens são: Custo alto devido à furação e ao parafuso. Enfraquece as peças ligas, o que exige peças maiores. Obras com maior precisão e sem possibilidade de ajustes na obra. A NBR 8800:2008, na seção 4, item 4.2.3, recomenda: "Nas ligações com parafusos de alta resistência, os desenhos de projeto devem indicar se o aperto será normal ou com protensão inicial e, neste último caso, se os parafusos trabalharem a cisalhamento, se a ligação é por atrito ou por contato." - NBR 8800:2008 Tipos de vinculações ou o comportamento das ligações Outro ponto importante que devemos observar ao estudar as ligações são os tipos de vinculações ou o comportamento das ligações propriamente dita, que são: Ligações rígidas. Ligações semi�exiveis. Ligações �exíveis. Pode-se a�rmar que as ligações rígidas têm grande capacidade de resistir aos momentos �etores, já nas �exíveis esse comportamento é bem pequeno ou nulo. Normalmente, usam-se ligações para: Nós de treliças. Emenda de vigas e pilares. Ligação entre vigas e pilares. Base ou apoio de pilares. Ligações de elementos construtivos e de contraventamentos. Comentário Nesta aula, estudaremos as ligações por emendas, já na aula 9 veremos casos de ligações entre elementos, como vigas com pilares, base de pilares e nós em ângulos de treliças. O parafuso Atualmente, há diversos tipos de parafusos no mercado. Dependendo do escolhido, existem particularidades no dimensionamento. Um exemplo é a possibilidade de protenção no parafuso, ou torque na rosca. Essa situação permite que haja atrito entre elementos de ligação, o que ajuda na resistência �nal. Outro fator é o custo do parafuso, que acaba interferindo na escolha e, por consequência, no dimensionamento dos elementos de ligação. Figura 2 – Parafuso de ligação de estruturas de aço. A NBR 8800:2008, na seção 4, item 4.5.2.4, indica os tipos de parafusos, porcas e arruelas: "Os parafusos de aço de baixo teor de carbono devem satisfazer a ASTM A307 ou a ISO 898-1 Classe 4.6. Os parafusos de alta resistência devem satisfazer a ASTM A325 ou a ISO 4016 Classe 8.8. Os parafusos de aço-liga temperado e revenido devem satisfazer a ASTM A490 ou a ISO 4016 Classe 10.9. As porcas e arruelas devem satisfazer as especificações compatíveis, citadas no ANSI/AISC 360." Especificação f MPa f MPa Diâmetro d mm pol. ASTM A307 - 415 - 1/2 ≤ d ≤ 4 ISO 898-1 Classe 4.6 235 400 12 ≤ d ≤ 36 - ASTM A325 635 560 825 725 16 ≤ d ≤ 24 24 < d ≤ 36 1/2 ≤ d ≤ 1 1 < d ≤ 1½ ISO 4016 Classe 8.8 640 800 12 ≤ d ≤ 36 - ASTM A490 895 1035 16 ≤ d ≤ 36 1 ≤ d ≤ 1½ ISO 4016 Classe 10.9 900 1000 12 ≤ d ≤ 36 - Disponíveis também com resistência à corrosão atmosférica comparável à dos aços AR 350 COR ou à dos aços ASTM A588. Quadro 1 – Tabela para dimensionamento de ligações parafusadas (NBR 8800:2008 – tabela A.3) yb ub b b b a b b b b b b b b a Os dimensionamentos dos parafusos são para evitar 4 tipos de falhas: 1 Cisalhamento do parafuso propriamente dito. 2 Esmagamento da chapa. 3 Rasgamento do furo. 4 Ruptura da chapa estrutural – corte. A �gura 3 mostra os diferentes tipos de ruptura. Figura 3 – Tipos de falhas e ruptura de ligações parafusadas. Dimensionamento das ligações parafusadas Área do parafuso efetiva A com 1 - Determinação da força de tração f – Resistência do parafuso dado no quadro 1 2 - Determinação do cisalhamento be = 0,75 ⋅Abe Ab = 0,25 ⋅ π ⋅Ab d 2 b =Ft,Rd ⋅Abe fub γa2 ub Figura 4 – Esforços de cisalhamento nos parafusos. Para parafuso comum ou quando o plano de corte passa pela rosca nos parafusos de alta resistência. Para parafuso de alta resistência quando o plano de cisalhamento não passa pela rosca. 3 - Pressão de contato em furos Para furos-padrão, furos alargados, furos pouco alongados em qualquer direção e furos muito alongados na direção da força, para: a) Sem limitação da deformação do furo em projeto: b) Com limitação da deformação do furo em projeto: Onde: t – espessura da chapa; f – resistência à ruptura da chapa; - Distância entre bordas de furos e/ou da borda. 4 - Disposição de projeto Espaçamento mínimo entre furos e - distância de centro a centro de furo; e - distância de borda a borda de furo. Espaçamento máximo entre furos =FV ,Rd 0,4⋅ ⋅Ab fub γa2 =FV ,Rd 0,5⋅ ⋅Ab fub γa2 = ≤ 3,0 ⋅ ⋅ t ⋅Fc,Rd 1,5⋅ ⋅t⋅lf fu γa2 db fu γa2 = ≤ 2,4 ⋅ ⋅ t ⋅Fc,Rd 1,2⋅ ⋅t⋅lf fu γa2 db fu γa2 u lf ≥ 3,0 ⋅efuro db ≥eb db furo b Ambientes não agressivos ≤ {efuro 24 ⋅ db 300mm Ambientes agressivos ≤ {efuro 14 ⋅ db 180mm Espaçamento entre furos e a borda Conforme quadro abaixo: Diâmetro d Borda laminada ou cortada a maçarico b mm Borda laminada ou cortada a maçarico b mmmm pol. 1/2 22 19 5/8 16 29 22 3/4 32 26 20 35 27 7/8 22 38 29 24 42 31 1 44 32 1 1/8 27 50 38 30 53 39 1 1/4 57 42 36 64 46 > 1 1/4 > 36 1,75d 1,25d São permitidas distâncias inferiores às desta Tabela, desde que a equação aplicável de 6.3.3.3 seja satisfeita. Nesta coluna, as distâncias podem ser reduzidas de 3 mm, quando o furo está em um ponto onde a força solicitante de cálculo não exceda 25 % da força resistente de cálculo. Nas extremidades de cantoneiras de ligação de vigas e de chapas de extremidade para ligações flexíveis, esta distância pode ser igual a 32 mm. Quadro 2 – Espaçamento mínimo entre furos e a borda (NBR 8800:2008 – tabela 14) b c c b b a b c Distância máxima da borda e do furo ≤ {eborda 12 ⋅ t 150mm Atividade 1. Dimensionar e detalhar uma emenda em uma chapa tracionada com uma forma de tração igual à N = 260kN, sabe-se que a chapa tem largura de 150mm, fabricada em aço ASTM A36 (f =250MPa e f =400MPa). Serão usadas duas chapas para a emenda com as mesmas características da chapa principal (largura e espessura). O parafuso ser o ASTM A307 (f = 415MPa)com diâmetro de ½” (12mm). t,d y u ub 2. Com o resultado da atividade 3 da aula 7, encontrou-se uma força de 1,16kN para as contenções do pilar dimensionado. Qual o diâmetro do parafuso para ser instalado apenas um parafuso por contenção, sabendo-se que o per�l de cisalhamento terá apenas uma única chapa? Adotar parafuso ASTM A307 (a chapa da contenção será de 4mm). Notas Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 8800: projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro: ABTN, 2008. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 6123: Força devido ao vento em edi�cações. Rio de Janeiro: ABTN, 1988. Próxima aula Dimensionamento de elementos sob compressão simples e �exo-compressão. Explore mais Pesquise na internet sites, vídeos e artigos relacionados ao conteúdo visto. Em caso de dúvidas, converse com seu professor online por meio dos recursos disponíveis no ambiente de aprendizagem.