Trabalho de Estruturas Metálicas

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UNIVERSIDADE CEUMA
COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO ENGENHARIA CIVIL
BRENDA OLIVEIRA LIMA. CPD: 13704
DEYSE CORRÊA LIMA. CPD: 21188
JOÃO VICTOR DINIZ VELOSO. CPD: 13677
JOÃO ALVES. CPD: 930404
KASSIA VALE DE ALMEIDA. CPD: 59749
LUANDA DE MORAES PEREIRA. CPD: 33175
LUIZ ROGÉRIO PEREIRA NAPOLEÃO. CPD: 13825
PEDRO QUEIROZ MARTINS. CPD: 14859
RONALDO VIEGAS. CPD:11980
TRABALHO DE ESTRUTURAS METÁLICAS
São Luís
2016
TIPOS DE AÇOS ESTRUTURAIS
Os aços estruturais são divididos em dois grupos: os aços carbonos que são ligas de ferro-carbono contendo geralmente de 0,008% até 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação, e aços de baixa liga que são os aços de carbono que contem outros elementos de liga ou apresenta os elementos residuais em teores acima do que são considerados normais.
Os aços carbonos é o aço mais empregado nas construções, onde através do acréscimo de carbono ocorre o aumento da resistência, sendo que o aço com alto teor de carbono apresenta resistência porem e frágil, já o aço com baixo teor de carbono tem menor resistência com maior ductilidade.
Existe a divisão de aços carbonos em aço de baixo teor de carbono, aço de médio teor de carbono e aço de alto teor de carbono.
Aços de baixo teor de carbono, com [C] <0,3% são aços que possuem grande ductilidade, bons para o trabalho mecânico e soldagem (construções de poentes, edifícios, caldeiras, navios, etc), são aços não temperáveis. Aços de baixo teor de carbono, com [C]>0,7% são aços de elevada dureza e resistência após a tempera e são utilizados em molas, engrenagens, pequenas ferramentas, etc.
Aços de médio teor de carbono, com 0,3%<[C]<0,7% são aços utilizados engrenagens, bielas, etc. São aços que temperados e revenidos atingem boa tenacidade e resistência.
Os aços de baixa liga são aços de carbono acrescidos de elementos de liga (Nióbio, Manganês, etc.) em pequenas quantidades com teor de carbono da ordem 0,20%. Estas adições garantem ao aço a elevação da sua resistência mecânica e boa soldabilidade. São divididos em dois grupos: aços de baixo teor de liga que contem menos de 8% de elementos de liga e aços de alto teor de liga que apresentam elementos de liga acima de 8%.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Definem o comportamento do material quando sujeito a esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir esses esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.
Ductilidade é a capacidade do material de se deformar antes da ruptura, quando sujeitos a tensões elevadas. Quanto mais dúctil o aço maior a redução de área ou alongamento antes da ruptura.
Deformação: elástica e plástica
Elástica: precede a deformação plástica, é reversível pois desaparece quando a atenção e removida. É praticamente proporcional a atenção aplicada.
Plástica: provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade, assim, sendo irreversível, pois é resultado do deslocamento permanente dos átomos.
Resiliência: capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente. Materiais que tem alto limite de elasticidade e baixo modulo de elasticidade (tensão/deformação) são resilientes.
Fragilidade: oposto a ductilidade, material se deforma pouco antes da ruptura. 
Elasticidade: capacidade do material voltar ao estado inicial após a retirada da força sem sofrer deformação residual. 
Tenacidade: capacidade do material absorver sua energia até sua ruptura.
Plasticidade: é a deformação provocada por tensão igual ou superior ao limite de escoamento, causando mudança na estrutura interna do metal e levando a deformações residuais.
Corrosão: promove a perda da sessão das peças de aço.
TIPOS DE ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM AÇO
	Diante das ligas metálicas, o aço é conhecido como o mais importante e também o mais versátil. Possui uma grande variedade de formas e tipos, sendo que cada uma atende várias aplicações, ou seja, essa variedade se dá pelo fato da necessidade de adequação do mesmo, diante das exigências do mercado que vão surgindo. 
	Existem mais de 3.500 tipos de aços, e uma porcentagem de 75% deles, foram desenvolvidos recentes. Isso revela a grande evolução que o este setor tem experimentado. 
	Vale ressaltar, que em uma construção civil, o interesse maior incide sobre os aços estruturais de média e alta resistência mecânica, termo que designa de todos os aços, que devido à sua durabilidade e outras propriedades, são adequadas para a utilização em elementos da construção sujeitos a carregamento. Os principais requisitos para os aços destinados à aplicação estrutural são: 
- Elevada tensão de escoamento;
- Elevada tenacidade;
- Boa soldabilidade;
- Boa trabalhidade em operações, tais como: corte, furação e dobramento.
	Os aços estruturais podem ser classificados em três grupos: aço carbono de média resistência, aço de alta resistência e baixa liga, e aços ligados tratados termicamente.
Os aços de alta resistência e baixa liga, são utilizados toda vez que se deseja: 
- Aumentar a resistência mecânica permitindo um acréscimo da carga unitária da estrutura;
- Melhorar a resistência ao choque;
- Elevar a relação do limite de escoamento, para o limite de resistência à tração. 
As principais vantagens do aço:
- Alta resistência do material nos vários estados de tensão, permitindo aos elementos estruturais suportarem grandes esforços de solicitação, apesar da seção transversal possuir uma área relativamente pequena;
- Os elementos de aço podem ser desmontados e substituídos com facilidade, o que permite reforçar ou substituir facilmente diversos elementos da estrutura.
As desvantagens do aço:
- Os elementos de aço estão sujeitos a corrosão, o que requer uma maior preocupação com manutenção e critérios de prevenção como: pintura ou o emprego de outros métodos de proteção; 
-  Necessidade de tratamento superficial das peças estruturais contra oxidação devido ao contato com o ar, sendo que esse ponto tem sido minorado através da utilização de perfis de alta resistência à corrosão atmosférica, cuja capacidade está na ordem de quatro vezes superior aos perfis de aço carbono convencionais;
- Necessidade de mão-de-obra e equipamentos especializados para a fabricação e montagem.
ELEMENTOS CONSTITUINTES DA SEÇÃO “I”
As equações determinantes para o cálculo de áreas pertencem à Resistência dos Materiais, cabendo no presente curso, apenas as suas deduções principais. Assim, para facilitar o cálculo de área de figuras planas, o melhor meio é o de se desmembrar a figura plana em estudo em figuras geométricas cujas áreas são conhecidas. 
a) Cálculo de Área de um perfil ‘ I ‘ Soldado 
Área Total = Ai + AII + AIII
A = (18x150) + (270x5) + (12x150) 
A = 5.850 mm² ou 58,50 cm²
O MÉTODO DOS ESTADOS LIMITES 
Neste método, o nível de segurança de uma estrutura é determinado pela capacidade que ela possui de suportar as várias ações que vierem a solicitá-la durante sua vida útil, sem atingir qualquer estado limite último ou estado limite de serviço, como exige a NBR 8800:2008. 
Os diversos métodos de verificação visam atender os seguintes objetivos:
- A estrutura, em nenhuma de suas partes deve sofrer colapso;
- Deslocamentos ou vibrações excessivas não devem comprometer a utilização da estrutura, garantindo o bom desempenho da mesma.
Os estados limites últimos estão relacionados ao esgotamento da capacidade resistente da estrutura, ou seja, ao colapso. Estes deverão ter uma probabilidade de ocorrência pequena, pois pode resultar em perda de vidas humanas. 
Os estados limites últimos podem ter origem nas seguintes causas: 
1. Perda de estabilidade de uma parte ou do conjunto da estrutura, assimilada a um corpo rígido; 
2. Transformação da estrutura original em uma parcial ou totalmente hipostática; Instabilidade por deformação; 
3. Deformações elásticas ou plásticas, deformação lenta e fissuração que provoquem uma mudança de geometria que exija uma substituiçãoda estrutura; 
4. Ruptura das seções críticas da estrutura; 
5. Propagação de um colapso (colapso progressivo ou falta de integridade estrutural); 
6. Grandes deformações, transformação de mecanismo e instabilidade global. 
A solicitação de projeto (Sd) deve ser menor que a resistência de projeto (Rd). A solicitação de projeto (ou solicitação de cálculo) é obtida a partir de uma combinação de carga (Fi), cada uma majorada pelo coeficiente (fi), enquanto a resistência última (Rn) é minorada pelo coeficiente  para compor a resistência de projeto.
De acordo com a NBR 8800:2008, as condições usuais de segurança referentes aos estados-limites últimos são expressas por desigualdades do tipo:
θ(Sd ,Rd ) ≥ 0
onde:
- Sd representa os valores de cálculo dos esforços atuantes (em alguns casos específicos, das tensões atuantes), obtidos com base nas combinações últimas de ações dadas em 4.7.7.2;
- Rd representa os valores de cálculo dos correspondentes esforços resistentes (em alguns casos específicos, das tensões resistentes), obtidos em diversas partes desta Norma, conforme o tipo de situação.
Quando a segurança é verificada isoladamente em relação a cada um dos esforços atuantes, as condições de segurança tomam a seguinte forma simplificada:
Rd ≥ Sd
Os estados limites de serviço correspondem a limites estabelecidos que, se obedecidos, garantem que o comportamento da estrutura será adequado para sua utilização normal e sua durabilidade. Uma maior probabilidade de ocorrência é permitida para os estados limites de serviço, em comparação com os últimos, pelo fato de não representarem situações de risco de morte. 
Podem ter origem nos seguintes fenômenos: 
1. Deformações excessivas para uma utilização normal da estrutura; 
2. Danos locais excessivos por fissuração, corrosão, etc., e que afetam a aparência, a utilização ou a durabilidade da estrutura; 
3. Deslocamentos excessivos sem perda de equilíbrio; 
4. Vibrações excessivas; 
O método dos estados limites permite um processo mais racional para o dimensionamento, pois envolve a identificação de todos os modos de colapso ou situações em que a estrutura deixaria de atender aos requisitos para os quais foi projetada, e a determinação de níveis satisfatórios de segurança para cada estado limite. 
O dimensionamento pelo método dos estados limites proporciona uma melhor compreensão dos requisitos que uma estrutura deve atender, e qual o comportamento que a estrutura deve possui para atender tais requisitos. Segundo SÁLES et al (2004) é uma ferramenta que ajuda a avaliar situações de projeto, simplifica o processo de dimensionamento e permite a atualização das normas de maneira mais racional. 
Conforme a NBR 8800:2008, as condições usuais referentes aos estados-limites de serviço são expressas por desigualdades do tipo:
Sser ≤ Slim
onde:
-Sser representa os valores dos efeitos estruturais de interesse, obtidos com base nas combinações de serviço das ações dadas em 4.7.7.3;
-Slim representa os valores-limites adotados para esses efeitos, fornecidos no Anexo C e em outras partes desta Norma.
Os estados limites últimos e os estados limites de serviços sofrem uma combinação de ações, e estas ações a serem utilizadas no projeto das estruturas e seus componentes são as estabelecidas pelas normas brasileiras NBR 6120, NBR 6123 e NBR 7188, ou por outras normas aplicáveis, e também pelo anexo B da NBR 8800:2008. Conforme a NBR 8681, estas ações são classificadas segundo sua variabilidade no tempo, nas três categorias a seguir:
- Fg: ações permanentes - ações decorrentes do peso próprio da estrutura e de todos os elementos componentes da construção (pisos, telhas, paredes permanentes, revestimentos e acabamentos, instalações e equipamentos fixos, etc.), as quais são chamadas de ações permanentes diretas, e as ações decorrentes de efeitos de recalques de apoio, de retração dos materiais e de protensão, as quais são chamadas de ações permanentes indiretas;
- Fq: ações variáveis - ações decorrentes do uso e ocupação da edificação (ações devidas a sobrecargas em pisos e coberturas, equipamentos e divisórias móveis, etc.), pressão hidrostática, empuxo de terra, vento, variação de temperatura, etc.;
- Fq,exc: ações excepcionais - ações decorrentes de incêndios, explosões, choques de veículos, efeitos sísmicos, etc.
Nas regras de combinações de ações para os estados limites últimos e de utilização, as ações devem ser tomadas com seus valores característicos de acordo com a NBR 8681. As ações excepcionais podem ser tomadas com seus valores convencionais excepcionais.
DIMENSIONAMENTO DE BARRAS TRACIONADAS
O dimensionamento de elementos estruturais sujeitos a uma carga axial de tração, apesar de ser um dos problemas mais simples da engenharia estrutural, apresenta vários aspectos importantes do comportamento estrutural metálico.
Membros tracionados ocorrem em vários tipos de construção e são constituídos de cabos, barras rosqueadas, ou perfis simples e compostos.
Os cabos são utilizados em ponte suspensa e estaiada, coberturas com estais, coberturas com telhado apoiado em cabos, e torres com estais.
As barras rosqueadas são utilizadas como suporte de terças e vigas de tapamento, contraventamento em X (xizamento) e tirantes de arcos.
Finalmente, os perfis simples e compostos são utilizados em: pendurais, contraventamento em X, barras de estruturas de torres de transmissão, barras de treliças de coberturas, barras de treliças de edifícios, barras de treliças de pontes.
O comportamento de membros tracionados difere do comportamento das amostras do ensaio de tensão-deformação do aço em função de fatores tais como tensão residual, imperfeições da peça, do carregamento e furos na seção transversal.
Os critérios de dimensionamentos verificados são o escoamento da seção bruta, que é responsável pelas deformações excessivas e ruptura da seção líquida efetiva, responsável pelo colapso total da peça. Um dos conceitos de maior importância neste dimensionamento é a determinação correta da área da seção transversal e os coeficientes envolvidos. A partir dos resultados obtidos pelos dois critérios, admite-se o menor valor entre os dois.
Área bruta (Ag) de um elemento é a soma dos produtos da espessura pela largura bruta de cada componente da seção, medida normalmente ao e i x o do elemento. Para cantoneiras, a largura bruta é a soma das larguras das abas menos a espessura.
Área líquida efetiva (Ae) de um elemento é a área líquida efetivamente tensionada (descontando-se as áreas que não estão tensionadas), dadas por:
Ae = Ct x An
Onde, Ct é um coeficiente de redução da área líquida.
ÁREA LÍQUIDA
A área líquida de um elemento é a soma dos produtos da espessura pela largura líquida de cada componente da seção, calculado como segue:
a) em ligações parafusadas, a largura dos furos não executados com broca deve ser considerada 2,0 mm maior que a dimensão nominal desses furos. Como o furo padrão efeito 1,5 mm maior que o diâmetro nominal dos parafusos, nesses casos, o diâmetro do furo para efeito de cálculo da área líquida será igual ao diâmetro d o parafuso mais 3,5 mm;
b) no caso de uma série de furos distribuídos transversalmente ao eixo da barra, em diagonal ou em ziguezague, a largura líquida dessa parte da barra deve ser calculada deduzindo-se da largura bruta a soma das larguras de todos os furos da cadeia, e somando-se para cada linha ligando dois furos a quantidade s²/4g, onde:
· s é a distância longitudinal de centro a centro entre dois furos consecutivos;
· g é a distância transversal de centro a centro entre duas linhas de furos.
Figura – Ilustração dos espaçamentos s e g para os furos 1 e 2.
c) a largura líquida crítica daquela parte da barra será obtida pela cadeia de furos que produza a menor das larguras críticas, para as diferentes possibilidades de linhas de ruptura;