1. Conceitos Básicos - Metálicas

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24/09/2013
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Prof. Aarão Prof. Aarão F. F. Lima NetoLima Neto
ESTRUTURAS METÁLICASESTRUTURAS METÁLICAS
Bibliografia:Bibliografia:
�� BRAGANÇA PINHEIRO BRAGANÇA PINHEIRO –– Estruturas Metálicas Estruturas Metálicas –– ED. EDGARD BLÜCHER ED. EDGARD BLÜCHER -- São Paulo;São Paulo;
�� NBNB1414 (NBR (NBR 8800/20088800/2008) ) –– Projeto e Execução de Estruturas de Aço em Edifícios Projeto e Execução de Estruturas de Aço em Edifícios -- ABNT;ABNT;
�� WALTER PFEIL WALTER PFEIL –– Estruturas de Aço Estruturas de Aço –– Vol. I, II e III Vol. I, II e III –– Livros Téc. e Científicos Ed. S.A.Livros Téc. e Científicos Ed. S.A.
�� Ildony H. Bellei Ildony H. Bellei -- Edifícios Industriais em Aço Edifícios Industriais em Aço –– 5ª5ª Ed. Ed. –– Editora PINIEditora PINI
�� NOTAS DE AULA NOTAS DE AULA –– PROF. PERILO (UFPa)PROF. PERILO (UFPa)
PROF. JOSÉ HUMBERTO (UnB)PROF. JOSÉ HUMBERTO (UnB)
1. CONCEITOS BÁSICOS1. CONCEITOS BÁSICOS
INTRODUÇÃO
SISTEMAS PLANOS:
�Treliças:
�Esforços Normal em barras e nós:
�Tração;
�Compressão.
�Para a resolução utilizar as 3 equações da estática.
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INTRODUÇÃO
SISTEMAS PLANOS:
�Vigas:
�Esforços solicitantes:
�Cortante (Q);
�Fletor (M).
�Para a resolução utilizar as 3 equações da estática para vigas isostáticas e 
para as hiperestáticas utilizar o método da equação dos 3 momentos, método 
de Cross...
INTRODUÇÃO
SISTEMAS PLANOS:
�Pórticos:
�Esforços solicitantes:
�Normal (N);
�Cortante (Q);
�Fletor (M).
�Para a resolução utilizar as 3 equações da estática para pórticos isostáticas 
e para os hiperestáticos utilizar o método de Cross, dos trabalhos virtuais...
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INTRODUÇÃO
SISTEMAS ESPACIAIS:
�Treliças Espaciais:
�Apenas esforços 
normais (N).
�Para a resolução utilizar as 3 equações da estática para treliças isostáticas e 
para as hiperestáticas utilizar o método dos trabalhos virtuais (mais indicado).
INTRODUÇÃO
SISTEMAS ESPACIAIS:
�Pórtico Espacial:
�Esforços solicitantes:
�Normal (N);
�Cortante (Qy);
�Cortante (Qz);
�Fletor (My);
�Fletor (Mz);
�Torçor (T).
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INTRODUÇÃO
ESTUDOS DE TRELIÇAS:
�Treliças Simples:
�Treliças Compostas.
�Métodos de resolução de treliças simples e compostas:
�Método dos Nós;
�Método de Ritter ou dos momentos;
�Método de Cremona.
INTRODUÇÃO
ESTUDOS DE TRELIÇAS:
�Método dos Nós.
Equilíbrio feito de nó a nó.
�Método de Ritter.
Momento feito seccionado 3 
barras da treliça.
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INTRODUÇÃO
�Vantagens da estruturas em aço:
� Rapidez na execução;
�Possibilidade de desmontagem e aproveitamento;
�Vãos maiores, com seções menores;
�Menor peso global, reduzindo as solicitações na fundação;
�Fundações mais econômicas;
�Maior facilidade para ampliações;
�Melhor comportam. na presença de ações dinâmicas (ventos e sismos;
�Possibilidade de ganho de área útil.
�Desvantagens da estruturas em aço:
� Manutenção periódica para coibir corrosão;
�Material mais caro;
�Custo com revestimento à prova de fogo (amianto, gesso, vermiculita...)
INTRODUÇÃO
�Aplicações das estruturas em aço:
�Coberturas (treliças e arcos);
�Edifícios, residências e industrias;
�Hangares, quadras de esportes e galpões;
�Pontes e viadutos;
�Reservatórios (caixas d’água, tanques de combustível, silos...)
�Torres de transmissão;
�Indústria Naval.
�Tipos de estruturas mais comuns:
Tesoura PRATT ou Treliça Inglesa.
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INTRODUÇÃO
�Tipos de estruturas mais comuns:
Viga PRATT ou Trave Inglesa.
Treliça Simples.
INTRODUÇÃO
Treliça SHED ou dente-de-serra.
�Tipos de estruturas mais comuns:
Viga SEMI-PARABÓLICAS ou BOWSTRING.
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CARGAS DE CÁLCULO
NORMAS UTILIZADAS:
Padronização de projetistas para adotar as cargas a serem consideradas.
�NBR 8800 (NB-14/86) – Projeto de execução de estruturas de aço.
�NBR 6120 (NB-5/78) – Carga para o cálculo de estruturas.
�NBR 6123 (NB-5/99) – Forças devidas ao vento em edificações.
�NBR 8681 (84) – Ações e segurança nas estruturas.
AÇÕES DE CÁLCULO PARA ESTADO LIMITE:
�Limite da capacidade de carga ou serviço da estrutura. Existem 
limites elásticos e plásticos. (ruptura mecânica da estrutura)
�ESTADO LIMITE;
� ESTADO LIMITE ÚLTIMO;
� ESTADO LIMITE DE UTILIZAÇÃO;
CARGAS DE CÁLCULO
TIPOS DE CARREGAMENTO:
�PERMANENTE (G): Peso próprio da estrutura, revestimentos, pisos, 
acabamentos, paredes permanentes...
�VARIÁVEIS (Q): Sobrecarga de ocupação da edificação, móveis, 
divisórias, ventos, recalque diferencial, variação de temperatura...
�EXCEPCIONAIS (E): Explosões, sismos, choque de veículos...
VERIFICAÇÕES DE CARGAS E RESISTÊNCIA:
�Cargas aplicadas em relação a resistência do material:
�Sd – Solicitação de cálculo;
�Rn – Resistência Nominal do material;
�φφφφ – coeficiente de minoração de resistência do material.
Sd ≤ φφφφ.Rn
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VERIFICAÇÕES DE CARGAS E RESISTÊNCIA:
�Tensão admissível do material utilizado:
� Ɣ – Coeficiente de ponderação das ações;
� f – Tensão em geral;
� fcr – Tensão crítica ou de colapso do material.
f.Ɣ ≤ φφφφ.fcr
CARGAS DE CÁLCULO
MARJORAÇÃO DOS ESFORÇOS ATUANTES:
�Sd – Solicitação de cálculo;
�S – Esforço Nominal;
�Ɣ – Coeficiente de ponderação das ações.
Sd = S. Ɣ
COMBINAÇÃO DE ESFORÇOS:
CARGAS DE CÁLCULO
�Combinação para casos normais:
( )∑∑
=
++=
n
j
jjqjqgd QQGS
2
11 ψγγγ
�Combinação para casos excepcionais:
( )∑∑ ++= QEGS qgd ψγγ
�G – Ação permanente;
�Q – Ação variável;
�Q1 – Ação variável predominante;
�E – Ação excepcional;
�Ψ – Fator de combinação – Fator estatístico, leva em conta a frequência da 
ocorrência simultânea das cargas;
�Ψ = 1 – quando Qj é da mesma natureza que Q1; E ações não citadas na tabela.
�Ɣq1 – Coefic. de ponderação da ação de variação predominante;
�Ɣg – Coefic. de ponderação da ação permanente.
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CARGAS DE CÁLCULO
�Coeficientes de ponderação:
Grande 
Vareabilidade 
Ɣg (A)
Pequena 
Vareabilidade 
Ɣg (A/B)
Recalques 
Diferenciais 
Ɣq
Variações de 
Temperatura 
Ɣq (C)
Ações 
de Uso 
Ɣq(D)
Demais ações 
variáveis Ɣq
Normais 1,4 (0,9) 1,3 (1,0) 1,2 1,2 1,5 1,4
Durante 
construção 1,3 (0,9) 1,2 (1,0) 1,0 1,2 1,3 1,2
Excepcionais 1,2 (0,9) 1,1 (1,0) 0 0 1,1 1,0
Ações Permanentes Ações Variáveis
Coeficiente de ponderação para ações
Combinações
A – coeficientes para ações permanentes favoráveis a segurança; ações excepcionais favoráveis à segurança não entram 
nas combinações;
B – Cargas permanentes de pequena variabilidade, como pesos próprios de elementos metálicos e pré-fabricados, 
com controle rigoroso de peso;
C – Variação de temperatura não inclui a gerada por equipamentos; 
D – Ações decorrentes do uso da edificação incluem sobrecargas em pisos e em coberturas, pontes rolantes, e outros 
equipamentos... 
CARGAS DE CÁLCULO
EXEMPLO:
�Uma cobertura e suas cargas atuantes:
Coeficientes de uso normal:
�Ação permanente – Peso Próprio (PP) - G
�Ações variáveis – Sobre-Carga (SC) - Q1
Vento (V) – Q2
- Ɣg = 1,3 ou 1,0
- Ɣq1 = 1,5
- Ɣq2 = 1,4
Fatores de combinação:
�Sobre-Carga (SC) – Ação não encontrada na tab.
�Vento (V) – pressão dinâmica do vento
- Ψ1 = 1,0
- Ψ2 = 0,6
Combinação de ações:
A.PP + SC
B.PP + V
C.PP + SC + V
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CARGAS DE CÁLCULO
A. PP + SC
11QGS qgd γγ∑ += 1.5,1.3,1 QGSd +=
B. PP + V
22QGS qgd γγ∑ += 2.4,1.3,1 QGSd +=
2.4,1.0,1 QGSd +=
C. PP + SC + V
222111 ..... QQGS qqgd ψγψγγ ++= 21 .6,0.4,1.1.5,1.3,1 QQGSd ++=
22111 .... QQGS qqgd γψγγ ++= 21 .4,1.1.5,1.3,1 QQGSd ++=
•Ação favorável a segurança
PROPRIEDADES DO AÇO
PROPRIEDADES MECÂNICAS GERAIS
�Módulo de Elasticidade: E = 205 GPa
�Coeficiente de Poisson: ννννa = 0,3
�Coeficiente de Dilatação Térmica: ββββa = 12 x 10-6 ºC-1
�Peso Específico: Ɣa = 7.700 Kg/m324/09/2013
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PROPRIEDADES DO AÇO
Norma: pag. 119 e 120
ALGUNS DOS PERFIS DISPONÍVEIS
PERFIS LAMINADOS:
PERFIL “I” ” ” ” E “H”: PERFIL “U” ” ” ” E “C”:
CANTONEIRAS DE ABAS IGUAIS E DESIGUAIS:
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ALGUNS DOS PERFIS DISPONÍVEIS
PERFIS SOLDADOS:
PERFIS DE CHAPAS DOBRADAS:
�PERFIL “U” �PERFIL 
“U” ENRIJ.
�PERFIL “L”
FIM