Questões de concurso

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RESUMO PRÁTICO INTRODUÇÃO cromo, manganês, entre outros, afim de aumentar a performance mecânica ou de durabili- Na Inglaterra, no final do século XVIII, com a dade do aço. revolução industrial, foi construída a ponte de Co- Ainda temos os aços resistentes à corrosão, tam- albrookdale, também conhecida como "Ironbridge" chamados de aços patináveis, pelo motivo de (ponte de ferro), primeira ponte em ferro fundido, desenvolverem uma camada de aderida à sua marcando o início de diversas outras pontes de es- superficie, protegendo o aço da corrosão. Para isto, truturas construídas com ferro fundido, sendo um são adicionados na composição na propor- marco na história do aço. Segundo Pfeil (2009), já ção adequada, elementos químicos como cromo, havia sido utilizado ferro forjado em correntes de niquel e o cobre, conferindo aumento de sua dura- barras como elementos portantes das pontes sus- bilidade à corrosão. pensas, tendo como exemplo a ponte suspensa de Propriedades mecânicas dos aços estruturais Menai, no país de Gales. A NBR 8800 (2008) determina as propriedades No Brasil, a indústria siderúrgica se implan- mecânicas gerais dos aços estruturais, conforme a tou somente a segunda guerra mundial, com seguir: a construção da Companhia Siderúrgica Nacional Módulo de elasticidade: E Mpa; (CSN), a qual teve de construção de 5 anos e Coeficiente de Poisson: = 0,3; impulsionou a construção nacional com uso do aço, Módulo de elasticidade transversal: G = sendo posteriormente como exemplo de MPa; uma obra de maior porte com uso do aço, o edifício Coeficiente de dilatação térmica: Avenida Central, no Rio de Janeiro, com 34 andares. Massa específica: p 7850 kg/m3. Classificação e composição química Atualmente, os produtos siderúrgicos mais em- Tipos de aço mais comuns pregados para estruturas são aço-carbono e o A ABNT classifica os aços com a sigla indi- aço de baixa liga, sendo que o primeiro possui uma cando resistência, AR indicando alta resistên- porcentagem de ferro maior que 95% e até 0,29% de cia e COR indicando aço resistente à Al- carbono, enquanto o segundo tem o teor de carbono guns dos aços têm uma equivaência entre as normas entre 0,05% e Alguns elementos podem ser da ABNT e ASTM, como por exemplo o aço MR 250 e acrescentados na composição dos aços, como ni- ASTM A36. A seguir, uma tabela com os aços estruturais classificados pela ASTM (American Society for Testing and Materials) e pela ABNT, mais usados e seus limites de escoamento (f) e ruptura Propriedades mecânicas Denominação Caracteristicas Limite de escoamento Limite de ruptura f kN/cm2 ASTM Aco-carbono estrutural comum 2,5 25 4,0 40 ASTM A36/MDCOS CIVIL média resistência 3,0 30 4,0 40 ASTM A570 G33 carbono laminado a quente para perfis dobrados a frio 2.3 23 3,6 35 ASTM A572 G50-1 G35 Aco de liga e alta resistência mecânica 3,5 34,5 4.5 45 ASTM A709 G36 Aço de baixa liga e alta resistência corrosão 2.5 25 4,0 40 Bruno Freitas 309USI COSARCOR de baixa liga e alta resistência a corrosão 3,0 30 40 CSN COR-420 3,0 30 4,2 42 de baba liga, alta resistência mecânica e à ASTM COSARCOR 350 3,5 34,5 4,9 49 corrosão de liga, alta resistência e à ASTM A709 G70, USI SAC-490 49 5,8 58 corrosão Figura 1 Tipos de aço e equivalência entra a norma brasileira e a americana Fonte: BELLEI et al. (2008) Perfis de fabricação brasileira res ao aço A36. Os perfis de faces paralelas De forma a industrializar a fabricação dos perfis possuem grande inércia à flexão em relação de aço, houve uma padronização dos perfis em seus ao eixo X, graças ao afastamento das mesas diferentes tipos e dimensões. Classificamos em três elevado, e pequena inércia em relação ao eixo grandes grupos: perfis laminados, perfis soldados e y, sendo ideias para utilização como viga. A perfis formados a frio (ou perfis de chapa dobrada). pouca inércia em relação ao eixo y pode cau- 1. Perfis laminados sar instabilidades laterais, por vezes neces- São produtos de aço que passam pelo processo sitando de travamentos laterais com espaça- de laminação, onde material é aquecido e, pos- mentos reduzidos, de forma a se usar a seção teriormente, passa pelos laminadores, que dão a transversal com maior eficiência. Devem ser forma ao material. especificados pela letra e logo após a altu- Dentro deste grupo de produtos laminados, ra nominal e massa linear, como o W 150 classificamos os mesmos em chapas, barras e perfis. Perfis H faces paralelas: se diferencia dos per- Conforme Pfeil (2009), definimos: fis I de mesas paralelas na largura da mesa, Barras: produtos laminados nos quais duas a qual tem sua largura quase igual à altura dimensões da seção transversal são pequenas em do perfil. Isso torna um perfil recomenda- relação ao comprimento. do para uso como pilar, ou peças onde pre- Chapas: produtos laminados com uma dimensão domina a compressão. costuma ser pequena (espessura) em relação ao comrimento e encontrado no mercado em aço A572 Grau-50. a largura, sendo consideradas como chapas finas Eles são indicados pela letra W ou por HP, que quando sua espessura for menor ou igual à 4,75 mm. neste caso, tem a espessura da mesa igual (ou Do contrário, as temos chapas grossas. muito próxima) à espessura da alma. Ex.: W Perfis: de modo a aumentar as propriedades 200 35,9 e HP 200 53. geométricas da seção transversal (módulo de re- Perfis U: estes perfis possuem a forma de um sistência, inércia, etc) e otimizando consumo do U, com mesas com faces internas inclinadas aço, mesmo passa pelo processo de laminação e e de largura reduzida, em comparação com a ganha formas características, como I, H, e trilhos altura do perfil. São encontrados frequente- e tubos. A seguir, é discorrido mais sobre algumas mente no aço A36 e utilizados como vigas de seções transversais comuns no cotidiano: escadas, treliças, peças compostas soldadas, Perfil de faces inclinadas: são perfis com o etc. Sua nomenclatura se inicia pela letra U, formato da letra maiúscula "I" com suas faces seguida pela altura do perfil e massa internas inclinadas e normalmente é fabrica- Ex.: do em aço ASTM A36. Sua nomenclatura é a Perfis L: com a forma da letra L maiúscula, são letra I, seguida da altura (d) e massa linear chamados de cantoneiras, podem ter abas (kg/m). Ex.: 152 iguais (mais comum no Brasil) ou desiguais e Perfis faces paralelas: possuem suas mesas tem as mais diversas aplicações: serralheria sem inclinação, tendo altura constante, sen- (portões, esquadrias), treliças, perfis com- do a mesa inferior paralela à mesa superior, postos, elemento de ligações entre perfis, etc. sendo mais encontrados no aço A572 Grau-50, Normalmente são fabricadas em aço A36. Sua qual exibe propriedades mecânicas superio- especificação se inicia com a letra L, seguida 310 Estrutura Metálicada largura da aba e, por último, a espessura Sua especificação se inicia com simbolo das abas. Ex.: L 101,6 9,5. seguido de seu diâmetro. Ex.: 16. Barras redondas: comercializadas principal- mente em aço A36, embora não seja raro en- Ainda há os perfis tubos retangulares, circulares, contrá-las no aço SAE 1020 [aço não estrutural barras chatas, quadradas, seção diversos ou- com uso tolerado e sujeito à restrições pela tros, cuja utilização normalmente secundária nas NBR 14762 (2010)], são barras com se- estruturas (ou fazem parte de um perfil composto, ção transversal circular e eixo reto. São usa- ou treliça) e sugere-se ao leitor complementar o das como chumbadores posicionados antes entendimento destas outras seções transversais em da concretagem, correntes de terças de cober- alguma das bibliografias mais específicas do assun- tura e como diagonais de to, citadas neste texto. A seguir, exemplos de alguns perfis comerciais citados: Figura 2 Seções transversais comuns em perfis de aço A seguir, exemplos de alguns perfis comerciais inferior a 610 mm, com almas e mesas com menor citados: espessura que a do perfil laminado dimensionado, 1. Perfis soldados haja visto que uma enorme gama de perfis sol- São perfis formados pela solda elétrica de cha- dados normatizados. pas, obtendo seções I, H, etc, ou solda de múltiplos perfis, formando um perfil composto não comercial. 2. Perfis formados a frio Quando se faz perfis com a seção transversal em for- A ductilidade do aço estrutural permite sua ma de ou H, estes são divididos em quatro séries: CS conformação a frio, de modo que é possível dobrar (coluna soldada), (viga soldada), CVS (coluna-viga chapas em prensas Normalmente são soldada) e VSM (vigas soldadas monossimétricas). encontrados nas prateleiras perfis U, U enrijecido Seu uso é mais comum quando se deseja ob- (Ue), Z, cartola, etc, em chapas finas (até 4,75 mm de ter perfis com altura maior do que 610 mm, visto espessura). Além das dimensões comerciais, é pos- que os perfis laminados se limitam à esta altura, sivel fabricar perfis com as dimensões desejadas, e ou quando se desejam peças com maior inércia e em diferentes tipos de aço. mais leves do que os perfis laminados, com altura Bruno Freitas 311Vantagens das estruturas metálicas ELEMENTOS ESTRUTURAIS As estruturas metálicas apresentam uma série DE AÇO SOB TRAÇÃO de vantagens ao como solução estrutural, dentre elas: Elementos estruturais de aço que sofram esforço Maior liberdade no projeto arquitetônico: con- de tração podem ser encontrados em muitas formas, ferem ao arquiteto maior liberdade de criação nas estruturas correntes, como em contraventamen arquitetônica, possibilitando a elaboração de tos, elementos de uma treliças, tirantes e correntes projetos mais arrojados e de expressão arquite- de terças, entre outras. tônica marcante. Graças à elevada resistência do A NBR 8800 (2008) limita a esbetez dos elemen- aço, é possível vencer grandes vãos e aumentar tos tracionados em 300. Este limite não se aplica a área útil (menor quantidade de pilares); para tirantes de barras redondas pré-tensionadas Adaptabilidade e flexibilidade: é possível ampliar ou outras barras montadas sob pré-tensão. Apesar uma obra em estrutura metálica com facilidade de esforço de tração não poder causar flambagem, e/ou reforçar a mesma para uma nova utilização podendo ainda diminuir excentricidades e efeitos da edificação, a qual exija mais da estrutura; de segunda ordem, este limite colabora para evitar Estrutura mais leve: normalmente, as estruturas vibrações excessivas. metálicas são mais leves do que estruturas fei- A peça deve ter como esforço resistente de tra- tas com outros materiais. Isso traz economia no ção menor dos seguintes valores: transporte, equipamentos de montagem e, até Escoamento da seção bruta: mesmo, nas fundações da edificação; Reaproveitamento do material: aço pode ser = reciclado, ou mesmo, ter suas perdas vendidas. Ya1 Se a estrutura for projetada para fácil montagem e desmontagem, como normalmente é o caso de Ruptura da seção líquida: estruturas com montagem parafusada, a mesma ainda pode ser desmontada e montada onde se Ag fu fizer necessária; Ya2 Precisão dimensional: desde o seu projeto, a estrutura metálica é trabalhada em Sendo: de modo a se obter maior precisão para evitar = área bruta da seção transversal; problemas de montagem e que a obra tenha as = área líquida da seção transversal, Ae = dimensões o mais próximo possível de como foi A, = área líquida da seção transversal; projetada; C, = coeficiente de redução da área líquida; Propriedades bem definidas: por ser um mate- = tensão de escoamento do aço; rial e homogêneo, as propriedades do fu = tensão de ruptura do aço. aço são bem conhecidas. Com isso, consegue-se coeficientes de segurança de minoração da re- A área líquida é a área bruta, descontadas as sistência bem menores do que, por exemplo, os áreas da seção transversal removidas pelos furos. coeficientes do concreto; Para efeito de calculo, esses furos devem ter seu Redução de prazos: como a estrutura tem di- diâmetro acrescido em 2,0 mm. Em caso de furos mensões precisas e é composta por elementos em diagonal, peças compostas formadas por mais pré-fabricados, sua montagem se torna mais de uma barra, barras redondas com extremidade ágil. Além disso, é possível que a mesma seja fa- rosqueada, ou mesmo para maior aprofundamento, bricada durante a execução das fundações. Com recomenda-se ao leitor que consulte o item 5.2 da a redução do prazo, a qualidade mais almejada NBR 8800 (2008). por muitos construtores ao escolher o aço como material estrutural, retorno do capital investi- do também é mais 312 Estrutura Metálica