Slide - Estruturas Metálicas

Prévia do material em texto

ESTRUTURAS METÁLICAS
• Disciplina: Projeto e dimensionamento de 
estruturas de aço em perfis soldados e 
laminados.
• Curso: Especialização em Engenharia de 
Estruturas
• Professor: Carlos Eduardo Javaroni
Mini Currículo
• Graduado em Engenharia Civil. EESC/USP;
• Doutor em Engenharia de Estrutura – Área de 
Estruturas Metálicas;
• Professor Doutor do Departamento de 
Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia 
da Unesp, campus de Bauru.
Objetivos
• Gerais
– Fornecer ao aluno os conhecimentos básicos 
sobre concepção, análise e dimensionamento de 
elementos de estruturas metálicas.
• Específicos
– Dimensionamento de estruturas metálicas 
constituídas por perfis laminados e soldados, 
atendento os requisitos básicos estabelecidos 
pela NBR 8800:2008
Conteúdo programático
• 1- INTRODUÇÃO: Aços estruturais e suas propriedades. Tipos de 
perfis e chapas de aço. Aplicação das estruturas de aço na 
construção civil. Normas e especificações empregadas
• 2- AÇÕES E COMBINAÇÃO DAS AÇÕES: Ações permanentes, 
variáveis e acidentais. Combinações para os estados limites 
últimos. Combinações para os estados limites de utilização.
• 3 - DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS DAS ESTRUTURAS DE 
AÇO: Elementos simples e compostos solicitados à tração e à
compressão. Treliças, colunas, pendurais e escoras. Elementos 
solicitados à flexão simples: vigas não esbeltas e vigas esbeltas. 
Vigas mistas aço-concreto. Elementos solicitados à flexão 
oblíqua. Elementos solicitados à flexão composta.
• 4 - DIMENSIONAMENTO DE LIGAÇÕES EM ESTRUTURAS 
METÁLICAS: Ligações com solda. Ligações com parafusos 
comuns. Ligações com parafusos de alta resistência. Solicitações 
em soldas e parafusos. Emendas em vigas. Ligações com 
concreto. Disposições construtivas.
Referências Bibliográficas
• Normas Brasileiras:
• NBR 8800/2008: Projeto e execução de estruturas de aço e de 
estruturas mistas aço-concreto de edifícios;
• NBR 8681/2004: Ações e seguranças nas estruturas.
• Livros:
• PFEIL, W; PFEIL, M. Estruturas de aço – Dimensionamento 
prático. LTC. 2009.
• BRAGANÇA PINHEIRO , A. C. F. Estruturas metálicas: cálculos, 
detalhes, exercícios e projetos. São Paulo: Edgard Blücher, 2001.
• DIAS, L. M. A. Estruturas de aço – Conceitos, Técnicas e 
Linguagem. Zigurate Editora. 1997.
Referências Bibliográficas
• http://www.cbca-ibs.org.br/
Referências Bibliográficas
Aço:
Liga metálica composta basicamente de ferro (98%) e 
carbono, com adições de outros elementos (silício, 
maganês, fósforo e etc.) que melhoram determinadas 
propriedades do aço. 
Resistência 
Mecânica
Ductilidade
Soldabilidade
Teor de CarbonoTeor de Carbono
mmááx 0,3%x 0,3%
Aço 
carbono
Aço baixa 
liga
O Material Aço
Minério de Ferro Calcário Carvão Coque
ALTOFORNO
FERRO GUSA
AÇO
CHAPAS E PERFIS
O Material Aço
Obtenção do aço.
O Material Aço
Obtenção do aço.
Classificação geral dos aços
O Material Aço
• Aços Carbono (Média Resistência)
• Aços de Alta Resistência e Baixa Liga
• Aços Tratados Termicamente
• Aços Resistentes ao Fogo
A resistência é garantida pela adição de elementos de liga em 
baixos teores residuais admissíveis.
Classe 
do Aço 
Fu 
(MPa) 
Principais 
Aplicações 
Baixo Carbono 
(C até 0,30%) 
 < 440 Pontes, Edifícios, tubos e estruturas 
mecânicas. 
Médio Carbono 
(0,30%<C<0,50%) 
440 a 590 Estruturas de navios e vagões. 
Estruturas mecânicas e equip. agrícolas. 
Alto Carbono 
(C>0,50%) 
590 a 780 Peças mecânicas, trilhos e rodas 
ferroviárias. Equipamentos agrícolas. 
 
Aços carbono:
EX.: ASTM A-36, NBR 6648/CG-26 (soldados), ASTM A-570 (P.F.F.)
O Material Aço
• São aços carbono acrescidos de elementos de liga, que 
aumentam a resistência à tração e melhoram as 
propriedades mecânicas do aço.
• Apresentam tensão de escoamento entre 280 e 490 MPa.
Adição de Cr, Cu, 
P, Si, Mn, Ni,
Alta resistência mecânica 
Alta resistência a corrosão
Alta resistência ao fogo
Aços baixa liga:
O Material Aço
Aços baixa liga e alta resistência a corrosão:
A
di
çã
o 
de
 C
r, 
C
u,
 A
l, 
N
i, 
V
EX.: USI-SAC300, COS-AR-COR 500, ZAR 280, ASTM A-242
Esses aços, quando expostos a intempéries, desenvolvem em 
sua superfície uma camada de óxido aderente que funciona 
como barreira protetora. São os chamados aços patináveis
O Material Aço
Aços baixa liga e alta resistência ao fogo:
Modificação na composição química dos aços de alta resistência 
mecânica.
Propriedades mecânicas do USI-FIRE 490
Temperatura ambiente 600 oCEspessura
(mm) fy (MPa) fu(MPa) fy / fu Al (%) fy (MPa)
9,5 401 600 22 0,66 310
22,4 364 585 21 0,62 288
O Material Aço
Comportamento sob altas 
temperaturas
fy
fu
E
E,f
T 
(oC)
o 95 250 430 650 870
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
Diagrama tensão x deformação
com patamar de escoamento definido
sem patamar de escoamento definido
fy
fu
E
f

f

fu
fy
fp
Propriedades do Aço
fu – limite de resistência à tração do aço.
fy – limite de resistência ao escoamento do aço.
fp - tensão de proporcionalidade.
E – Módulo de Elasticidade do aço. 
Ensaio de tração
O Material Aço
Constantes físicas:
Mpaf y 450 8,1
y
u
f
f
Propriedades do Aço
Massa específica.............................. =77 kN/m3
Módulo de elasticidade.....................E=205000 Mpa
Módulo de elasticidade transversal...G=78850 Mpa
Coeficiente de Poisson......................=0,3
Coeficiente de dilatação térmica......=12x10-6/0C
Produtos de aço para estruturas
• Chapas: Elementos planos, obtidos por 
laminação a quente ou a frio.
• Chapas
Produtos de aço para estruturas
• Perfis Estruturais em Aço: Elementos de 
barra, obtidos por laminação, solda ou 
dobramento a frio
Semelhanças nas formas da seção transversal, 
diferentes aplicações.
Quanto à fabricação:
• Perfis soldados;
• Perfis laminados; 
• Perfis formados a frio (chapa dobrada).
Produtos de aço para estruturas
NBR 8800
NBR 14762
• Perfis Laminados:
Produtos de aço para estruturasProdutos de aço para estruturas
• Perfis laminados:
Obtidos diretamente dos laminadores das 
siderúrgicas. Estão disponíveis no mercado em 
forma de I, H, U e L.
Utilização variada
Limitações dimensionais
Dificuldades nas ligações (Padrão americano)
Elevado fator peso/inércia (Padrão americano)
Produtos de aço para estruturas
I 254 x 37,7kg/m
I 10” x 37,7kg/m
L50x50x3,0
L50x3,0
2L50x3,0
U 203x 17,1kg/m
U 8”x 17,1kg/m
Primeira alma Primeira alma
Produtos de aço para estruturas
• Perfis laminados: Especificações padrão 
americano
IP
HPL
HPP
HPM
• Perfis abas paralelas: Especificações 
padrão americano
Produtos de aço para estruturas
•
Pe
rf
is
 G
er
da
u 
Aç
om
in
as
Produtos de aço para estruturas
• Perfis soldados
Obtidos através da soldagem de várias chapas. 
Estão disponíveis no mercado em forma de I. Outras 
seções são possíveis. São “perfis pesados”.
Séries Existentes
VS  altura/largura  4
CS  altura/largura = 1
CVS  1 < altura/largura  1,5
Produtos de aço para estruturas
Tabelas de perfis soldados
• Perfis formados a frio: 
Obtidos pelo dobramento de chapas em temperatura 
ambiente.
Produtos de aço para estruturas
Tipo de Aço Propriedades Aplicações 
 
ASTM A-36 
É o tipo mais comum de aço 
carbono, possui 
fy = 250 MPa e 
fu = 400 a 500 MPa 
É aplicado em estruturas em 
geral sob a forma de perfis e 
chapas 
 
ASTM A-307 
Aço com baixo 
 teor de carbono com 
 fu = 415 MPa 
Fabricação de parafusos 
comuns 
 
 
ASTM A -325 
Açocom teor de carbono 
moderado que recebe 
tratamento térmico para 
aumento da resistência, possui 
fy = 635 MPa e fu = 825 MPa 
 
Fabricação de parafusos de 
alta resistência 
 
 
ASTM A-242 
 
 
Aço de baixa liga com fy de 290 
a 350 MPa 
É aplicado em estruturas em 
geral, e estruturas em 
ambientes agressivos. É 
fabricado sob a forma de 
perfis e chapas 
 
Principais tipos de aços estruturais
Tipo de Aço Propriedades Aplicações 
 
CORTEN A e 
CORTEN B 
 
Aços tipo ASTM A-242 
fabricados pela CSN 
fy = 350 MPa 
fu = 490 MPa 
 
Mesmas aplicações do aço 
ASTM A-242 
 
CORTEN C 
Aço tipo ASTM A-242 
fabricado pela CSN 
fy = 420 MPa 
fu = 560 MPa 
 
Mesmas aplicações do aço 
ASTM A-242 
SAC – 350 
(SAC – 50) 
Aço semelhante ao CORTEN A 
e B, porém fabricado pela 
USIMINAS 
Mesmas aplicações do aço 
ASTM A-242 e do CORTEN 
 
Principais tipos de aços estruturais
Principais tipos de aços estruturaisPrincipais tipos de aPrincipais tipos de açços estruturaisos estruturais
Tipo do Aço Propriedades Aplicações 
 
SAC – 300 
(SAC – 41) 
Aço fabricado pela USIMINAS 
de média resistência mecânica 
(maior que o ASTM A-36 porém 
menor que o SAC - 50) 
 
Mesmas aplicações do aço 
ASTM A-242 e do CORTEN 
COS-AR-COS 
500 
Aço de alta resistência e baixa 
liga resistente à corrosão. 
Fabricado pela COSIPA 
Mesmas aplicações do aço 
ASTM A-242 e do CORTEN 
 
 
COS-AR-COS 
400 
Aço de média resistência e baixa 
liga resistente à corrosão. 
Fabricado pela COSIPA 
Possuem resistência mecânica 
melhor que o ASTM A-36 porém 
inferior ao COS-AR-COS 500 
 
 
Mesmas aplicações do aço 
ASTM A-242 e do CORTEN 
 
AÇOS ESTRUTURAIS – Especificações no 
Anexo A da NBR 8800:2008
Obras em aço
OBRAS EM AÇO
Quadra esportiva
OBRAS EM AÇO
Cobertura
OBRAS EM AÇO
Galpão REVAP/Petrobras
OBRAS EM AÇO
Galpão Processos
OBRAS EM AÇO
Edíficios Centro Empresarial Aeroporto (Porto 
Alegre)
OBRAS EM AÇO
WTORRE – Av. Nações Unidas (SP)
OBRAS EM AÇO
Fábrica de cosméticos (Ipel)
PONTES - PASSARELAS
Ponte Rodoferroviária sobre o Rio 
Paraná (SP/MS) 
Viaduto - Osasco
OBRAS EM AÇO
Ponte sobre o Lago 
Sul (Brasília)
Terminal Rodoviário - Jaú
OBRAS EM AÇO
Ginásio Poli-esportivo – Marília
OBRAS EM AÇO
Ginásio Poli-esportivo – Marília
OBRAS EM AÇO
Residências
OBRAS EM AÇO
AÇÕES E SEGURANÇA NAS 
ESTRUTURAS
AÇÕES E SEGURANÇA NAS 
ESTRUTURAS
• NBR 8681:2004 – Fixa as condições de 
segurança para as estruturas usuais.
• Método dos estados limites: Estados limites 
últimos e Estados Limites de serviço.
• Genericamente:  dd RS 
AÇÕES E SEGURANÇA NAS 
ESTRUTURAS
• : Efeito das ações e : Resistência da 
estrutura
dS dR
AÇÕES E SEGURANÇA NAS 
ESTRUTURAS
• Resistência: aptão do material de suportar 
tensões.
• Resistência Característica;
• Resistência de cálculo. 
AÇÕES E SEGURANÇA NAS 
ESTRUTURAS
• Conceito de ação;
• Tipos de ações – valores nominais;
• Combinação das ações – valores de projeto.
– Para estados limites últimos; 
    
 

m
i
n
j
QefjqjQqGgd kjkkii FFFF
1 2
,01 ,,1, .. 
AÇÕES E SEGURANÇA NAS 
ESTRUTURAS
• Combinação das ações.
– Para estados limites de serviço; 
• Exemplo de ações e combinações.



n
j
Qj
m
i
Gser kjki FFF
2
2
1
,,
BARRAS TRACIONADAS
Ntd
Ntd
BARRAS TRACIONADAS
Ntd
Ntd
( III ) Barra Parafusada
Estado limite - Ruptura da
Seção Líquida
( II ) Barra Parafusada
Estado limite - Escoamento
da Área Bruta
( I ) Barra Soldada
Estado limite - Escoamento
da Área Bruta
solda
L
N
( III )
( II )
( I )
Aefy
Aefu
Agfy
Comportamento:
BARRAS TRACIONADAS
( III ) Barra Parafusada
Estado limite - Ruptura da
Seção Líquida
( II ) Barra Parafusada
Estado limite - Escoamento
da Área Bruta
( I ) Barra Soldada
Estado limite - Escoamento
da Área Bruta
solda
L
N
( III )
( II )
( I )
Aefy
Aefu
Agfy
Resistência de cálculo:
1, a
yg
Rdt
fA
N 
Áreas de cálculo:
Ruptura da área liquida efetiva:
2, a
ye
Rdt
fA
N 
Escoamento da área bruta:
brutaáreaAg 
líquidaáreaAn 
nte ACA  nt AdereduçãodeeCoeficientC 
BARRAS TRACIONADAS
Áreas de cálculo:
Área bruta: é a área do perfil.
Área líquida: é a área bruta diminuída de furos, 
recortes, etc.
Exemplos ligação. da projeto do depende : tC
BARRAS TRACIONADAS
Áreas de cálculo:
Exemplos ligação. da projeto do depende : tC
1,0 tC
Centróide
x
c
c
t L
eC 1