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Complementos de Sistemas Estruturais: Madeira e Metais Aula 03 Curso de Engenharia Civil Fundamentos do aço – Aços Estruturais Diagrama tensão x deformação para aços com patamar de escoamento definido Estruturas Metálicas – Aços estruturais comumente utilizados no Brasil (NBR 8800:2008) Elementos em aço tracionados A condição de segurança para barras metálicas tracionadas, em função do estado limite último, é definida por: Onde: , é a força axial de tração solicitante de cálculo; , é a força axial de tração resistente de cálculo. Elementos em aço tracionados Força axial resistente de cálculo Para o estado limite de escoamento da seção bruta, temos: Onde: = área da seção bruta; = resistência ao escoamento do aço; = coeficiente de ponderação das resistências igual a 1,1. Escoamento da Seção Bruta Elementos em aço tracionados Para o estado limite de ruptura da seção líquida efetiva, temos: Onde: = área líquida efetiva; = resistência à ruptura do aço; = coeficiente de ponderação das resistências igual a 1,35. Ruptura da Seção Efetiva Coeficiente Redutor da Área líquida Área líquida Elementos em aço tracionados A área líquida efetiva é obtida através de: Área líquida Em regiões com furos, a área líquida de uma barra é a soma dos produtos da espessura pela largura líquida de cada elemento. Podemos também obter a área líquida subtraindo os descontos da área bruta. Elementos em aço tracionados Área bruta Área dos descontos Espessura Item 5.2.4.1 da NBR 8800:2008 Elementos em aço tracionados Para ligações com mais de uma linha de parafusos, a área líquida é obtida através da expressão a seguir: Área líquida para furação com parafusos alinhados Ruptura da área líquida Elementos em aço tracionados Coeficiente de redução O coeficiente de redução é definido em função de: Comprimento da ligação. Excentricidade (posição da ligação em relação ao centro geométrico da seção transversal do perfil). Efeito de concentração de tensões em uma seção aberta ligada em um dos elementos somente Elementos em aço tracionados Em seções transversais abertas, quando a força de tração for transmitida por alguns (mas não todos) elementos da seção transversal usando somente: Parafusos; Soldas longitudinais; Combinações de soldas longitudinais e transversais; 𝐜 = excentricidade da ligação 𝓵𝐜 = comprimento efetivo da ligação Quanto maior o comprimento da ligação, menor será a redução Elementos em aço tracionados O comprimento efetivo da ligação será Em ligações soldadasEm ligações parafusadas Distância do primeiro ao último parafuso na linha de furação com maior número de parafusos, na direção da força axial É o comprimento da solda na direção da força axial Elementos em aço tracionados Casos especiais Em seções transversais com todos elementos ligados por soldas ou parafusos o coeficiente de redução Ct vale 1,0 Em seções transversais conectadas com soldas transversais, independente da quantidade de elementos conectados temos: Onde: = área da seção transversal dos elementos conectados; = área bruta da seção transversal. Elementos em aço tracionados Chapas planas Nas chapas planas, quando a força de tração for transmitida somente por soldas longitudinais ao longo de ambas as suas bordas Quanto maior o comprimento da ligação, menor será a redução Limite de esbeltez Elementos em aço tracionados O Estado Limite de Serviço é verificado em peças tracionadas através do índice de esbeltez. Onde: = comprimento destravado do elemento; í = raio de giração mínimo. Determinação do índice de esbeltez de um elemento Elementos em aço tracionados Em peças tracionadas compostas por perfis justapostos com afastamento igual a espessura das chapas espaçadoras, o comprimento entre os pontos de apoio lateral pode ser tomado igual à distância entre duas chapas espaçadoras conforme a figura abaixo: Dessa forma o índice de esbeltez de cada perfil isolado fica limitado a 300, ou seja 300. Exemplos de aplicação 3 Elementos em aço tracionados Verificar se o perfil U8”x17,1, pode suportar uma carga de tração de cálculo com valor de 375 kN. Aço MR250. Aço MR250 𝐲 𝐮 Dados: Elementos em aço tracionados Escoamento da Seção Bruta - ESB Ruptura da Seção Efetiva - RSE Ligação soldada sem furos Coeficiente de Redução Ct 14,5 (excentricidade da ligação) Comprimento da solda na direção do esforço Elementos em aço tracionados Área efetiva 578,67 kN Elementos em aço tracionados Exemplos de aplicação 4 Verificar se a diagonal de uma treliça pode suportar uma ação de tração axial de projeto de 120 kN. Sabe-se que no pré-dimensionamento foi escolhida uma diagonal com dupla cantoneira 2L63,5x4,75. Aço ASTM A36. Elementos em aço tracionados Elementos em aço tracionados Elementos em aço tracionados Elementos em aço tracionados Solução: Escoamento da Seção Bruta - ESB 2 cantoneiras Elementos em aço tracionados Elementos em aço tracionados Ruptura da Seção Efetiva - RSE Coeficiente de Redução Ct Distância do primeiro ao último parafuso na direção do esforço Área efetiva 247,89 kN Elementos em aço tracionados Elementos em aço tracionados Limite de esbeltez A verificação do estado limite de serviço para peças tracionadas se dá através da verificação da esbeltez da peça. A esbeltez da seção composta de dupla cantoneira, não poderá superar 300. A esbeltez de uma cantoneira isolada também não pode superar 300. Índice de esbeltez Comprimento determinado através do teorema de Pitágoras Lista de exercícios Exercício 1 Determinar a força de tração resistente de cálculo , das chapas abaixo verificando se essas chapas são capazes de suportar uma solicitação de tração de cálculo , considerando o aço AR 415. Diâmetro dos parafusos Largura da chapa 400mm e espessura 19mm. Verificar o tirante composto por um duplo perfil U10”x29,76, para o força axial de tração de cálculo , aço MR 250 e parafusos com Exercício 2 Exercício 3 Verificar se o perfil U8”x17,1, pode suportar uma força de tração de cálculo com valor de 580,0 e aço AR350. Elementos em aço comprimidos Os elementos comprimidos podem atingir o estado limite por escoamento ou por colapso devido ao fenômeno de flambagem. O escoamento se dá de forma semelhante ao das peças tracionadas, ou seja, só ocorre quando na seção toda a tensão de compressão atinge o valor de escoamento. Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Barras compostas, formadas por dois ou mais perfis em contato, ou afastados com chapas espaçadoras, devem possuir ligações com esses perfis, a intervalos tais, que o índice de esbeltez de qualquer perfil entre ligações adjacentes não seja superior a metade do índice de esbeltez da barra composta. Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Elementos em aço comprimidos Estruturas de madeira Estruturas de madeira Edificio em estrutura de madeira mais alto do mundo, com 85,4 metros construído na Noruega e inaugurado no início de 2022. Estruturas de madeira (MLCC) Estruturasde madeira (MLCC) Estruturas de madeira (MLCC e MLC) Estruturas de madeira (MLC) Estruturas de madeira Estruturas de madeira • Para a elaboração do projeto estrutural, precisamos considerar as propriedades mecânicas da madeira, conforme prescreve a NBR 7190-1:2022, que considera a distinção entre os valores correspondentes à tração e à compressão. • Também é essencial a consideração das respectivas direções em relação às fibras. • Outro fator importante é a determinação da classe de umidade que orientará a definição final de tais valores. Estruturas de madeira • As madeiras duras (madeiras de lei) são originárias das árvores folhosas, com folhas achatadas e largas, cujo crescimento é lento, tais como: ipê, aroeira, peroba, carvalho e outras. • As madeiras macias são originárias das árvores coníferas, com folhas em forma de agulhas ou escamas e sementes agrupadas em forma de cone, cujo crescimento é rápido, tais como: pinheiros, cedros e outras. Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira Estruturas de madeira (fonte: Carpinteria) Estruturas de madeira (fonte: Carpinteria) Estruturas de madeira (fonte: Carpinteria) Estruturas de madeira