Introdução a estruturas de aço

Prévia do material em texto

ESTRUTURAS DE AÇO E MADEIRA
Prof.: Danielle Malvaris
Rev. Fev/2018
EMENTA:
Propriedades dos materiais. Sistemas estruturais. Projeto e princípios de
dimensionamento: estados limites, barras tracionadas, barras comprimidas, barras
flexionadas, ligações.
OBJETIVO GERAL DO CURSO:
Fornecer subsídios para a compreensão dos materiais como o aço e a madeira,
apresentado os princípios básicos do cálculo e do dimensionamento dos seus elementos
estruturais utilizados na construção civil.
EMENTAAULA 1
EMENTA DO CURSO:
UNIDADE 1 – Estruturas de Aço – Introdução
✓ Propriedades. Tipos de perfis;
✓ Ensaios de tração simples e cisalhamento simples. Sistemas estruturais em aço;
UNIDADE 2 – Estruturas de Aço - Ligações em estruturas Metálicas
✓ Generalidades. Dimensionamento de conexões rebitadas;
✓ Dimensionamento de conexões aparafusadas;
✓ Dimensionamento de conexões soldadas;
UNIDADE 3 – Estruturas de Aço - Dimensionamento de peças comprimidas e fletidas
✓ Peças comprimidas. Comprimento de flambagem. Critério de dimensionamento em hastes 
de compressão simples;
✓ Fórmulas de dimensionamento de peças comprimidas. Peças fletidas - Critério de 
dimensionamento de hastes em flexão simples;
✓ Fórmulas de dimensionamento para flexão simples de perfis metálicos;
UNIDADE 4 – Estruturas de Madeira
✓ Generalidades e Propriedades. Peças tracionadas e comprimidas: tensões e 
dimensionamento;
✓ Flexão simples e composta. Flexão reta e oblíqua. Interação de tensões. Dimensionamento 
de vigas e pilares;
✓ Flambagem.
EMENTAAULA 1
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
• ABNT NBR 8800:2008 (Projeto de estrutura de aço e de estrutura mista de aço e concreto de edifícios).
• ABNT NBR 7190:1997 (Projeto de estruturas de madeira).
• PFEIL, Walter; PFEIL, Michele. Estruturas de aço: dimensionamento prático. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 
2008.
• PFEIL, Walter. Estruturas de madeira. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR
• Projeto e Cálculo de Estruturas de Aço (Edifício Industrial Detalhado) – Zacarias Chamberlain, Ricardo 
Ficanha e Ricardo Fabeane – 3ª Tiragem – Ed. Elsievier;
• Comportamento e Projeto de Estruturas de Aço – Sebastião Andrade e Pedro Vellasco;
• Estruturas de Aço para Edifícios – Valdir Pignata e Silva, Fabio Domingos Pannoni;
• BELLEI, Ildony H; PINHO, Fernando O.; PINHO, Mauro O. Edifícios de múltiplos andares em aço. 2. ed. 
São Paulo: PINI, 2008.
• PINHEIRO, Antonio Carlos da Fonseca Bragança. Estruturas metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e 
projetos. São Paulo: E. Blücher, 2005.
• BELLEI, Ildony H. Edifícios industriais em aço: projeto e cálculo. 5. ed. rev. e atual. São Paulo: PINI, 2006.
• MOLITERNO, Antônio. Caderno de projetos de telhados em estruturas de madeira. 2. ed. ampl. São 
Paulo: E. Blücher, 2010.
• MOLITERNO, Antônio. Escoamentos, cimbramentos, formas para concreto e travessias em estruturas de 
madeira. São Paulo: E. Blücher, 1989.
BIBLIOGRAFIAAULA 1
UNIDADE 1 - Estruturas de Aço – Introdução
✓Propriedades. Tipos de perfis;
✓ Tração;
UNIDADE 1AULA 1
1.1 Propriedades / Tipos de perfis 
➢Vantagens e desvantagens
➢Tipos de aços estruturais
➢Produtos siderúrgicos / Produtos metalúrgicos
➢Tipos de perfis
➢Normas para projeto e cálculo de estruturas 
metálicas
➢Aplicação das estruturas metálicas na construção 
civil
➢Propriedades do Aço estrutural
http://steelstructureschina.blogspot.com.br/2012/04/estrutura-de-aco-para-fabrica-quimica.html
INTRODUÇÃOAULA 1
➢ Vantagens e desvantagens
Vantagens:
• Possibilidade de fabricação das peças da estrutura com precisão milimétrica, o que possibilita um alto 
controle de qualidade;
• Garantia das dimensões e propriedades do material;
• Resistência à choques e à vibração;
• Agilidade na execução da estrutura;
• Obras mais limpas e com menos desperdício de material;
• Estruturas mais leves e vence grandes vãos, devido a alta resistência do aço;
• É possível uma desmontagem da estrutura para reaproveita-la em outro local.
Desvantagens:
• Transporte das peças da estrutura até o local da obra;
• Necessidade de um tratamento contra a corrosão;
• Necessidade de mão de obra especializada tanto para fabricação, quanto para a montagem;
• Limitação de fornecimento de perfis estruturais (verificar disponibilidade).
• Desempenho ao fogo: o aço perde sua capacidade de receber cargas à temperaturas superiores a 500°C . 
INTRODUÇÃOAULA 1
➢ Tipos de Aços estruturais:
✓Aço Carbono
INTRODUÇÃOAULA 1
Os aços-carbono são os tipos mais usados, nos quais o aumento de
resistência em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala,
pelo manganês. Eles contêm as seguintes porcentagens máximas de elementos
adicionais.
Em função do teor de carbono, distinguem-se três categorias:
Propriedades mecânicas do aço carbono:
INTRODUÇÃOAULA 1
✓Aços de baixa liga
INTRODUÇÃOAULA 1
Os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de elementos de liga (cromo
colúmbio, cobre, manganês, molibdênio, níquel, fósforo, vanádio, zircônio), os quais
melhoram algumas propriedades mecânicas. Alguns elementos de liga produzem
aumento de resistência do aço através da modificação da microestrutura para grãos finos.
Graças a esse fato, pode-se obter resistência elevada com teor de carbono de ordem de
0,20%, o que permite a soldagem dos aços sem preocupações especiais.
Tipos de Aços estruturais:
✓Padronização ABNT
INTRODUÇÃOAULA 1
Segundo a especificação NBR 7007 - Aços para perfis laminados para uso
estrutural da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), os aços podem ser
enquadrados nas seguintes categorias, designadas a partir do limite de escoamento de
aço fy.
MR250, aço de média resistência (fy = 250 MPa; fu = 400 MPa)
AR350, aço de alta resistência ( fy = 350 MPa; fu = 450 MPa)
AR-COR415, aço de alta resistência (fy = 415 MPa; fu = 520 MPa), resistente à
corrosão. O aço MR250 corresponde ao aço ASTM A36.
➢Aço estrutural
Aços produzidos no Brasil:
http://www.metalica.com.br/acos-estruturais
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Produtos siderúrgicos / Produtos metalúrgicos
PRODUTOS SIDERÚRGICOS 
PERFIS
BARRAS
CHAPAS
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Tipos de perfis
LAMINADOS – conformados a quente
INTRODUÇÃOAULA 1
PRODUTOS METALÚRGICOS
CHAPAS DOBRADAS
CHAPAS SOLDADAS
➢Produtos siderúrgicos / Produtos metalúrgicos
INTRODUÇÃOAULA 1
• Chapas dobradas
➢Produtos siderúrgicos / Produtos metalúrgicos
INTRODUÇÃOAULA 1
PERFIL 
U
PERFIL U 
ENRIJECID
O
PERFIL Z
PERFIL Z 
ENRIJECID
O
PERFIL CARTOLA
Fonte: http://wwwo.metalica.com.br/perfil-de-chapa-dobrada
• Chapas soldadas
➢Produtos siderúrgicos / Produtos metalúrgicos
INTRODUÇÃOAULA 1
SÉRIE VS (VIGAS SOLDADAS)
SÉRIE CS (COLUNAS SOLDADAS)
SÉRIE CVS (COLUNAS E VIGAS SOLDADAS)
Fonte: http://wwwo.metalica.com.br/perfl-soldado
SOLDADOS
CS – Perfil coluna soldada (altura e abas com a mesma dimensão) 
VS – Perfil viga soldada 
CVS – Perfil coluna-viga soldada 
Como exemplo de designação de perfis teremos: 
CS 250 x 52 – Perfil CS com altura de 250mm e peso de 52 Kg/ml 
VS 600 x 95 – Perfil VS com altura de 600mm e peso de 95 kg/ml 
CVS 450 x 116 – Perfil CVS com altura de 450mm e peso de 116 Kg/ml 
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Normas para projetos e cálculos de estruturas metálicas
http://www.abntcatalogo.com.br/
✓ ASTM (American Society for Testing and Materials)
✓ ABNT(Associação Brasileira de Normas Técnicas) –
NBR880:2008
http://www.astm.org/
INTRODUÇÃOAULA 1
✓ EUROCODE 3
➢Aplicação das estruturas metálicas na construção civil
✓ Coberturas;
✓ Edifícios;
✓ Residências;
✓ Pontes e viadutos;
✓ Pontes rolantes;
✓ Escadas;
✓ Mezaninos;
✓ Passarelas;
http://au.pini.com.br/arquitetura-urbanismo/206/torres-e-passarelas-vermelhas-se-sobressaem-no-projeto-do-metro-214826-1.aspx
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Aplicação das estruturas metálicas na construção civil
Maracanã
- Estrutura da cobertura
- Estrutura das arquibancadas
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Aplicação das estruturas metálicas na construção civil
Passarela com estrutura em aço liga a Estação Cidade Nova, do Metrô do Rio de Janeiro, à Prefeitura.
http://www.metalica.com.br/passarela-com-maior-vao-ferroviario-brasileiro
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Aplicação das estruturas metálicas na construção civil
Delegacia Legal – projeto padrão para as delegacias do estado do Rio de Janeiro utiliza estrutura metálica
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Aplicação das estruturas metálicas na construção civil
Galpões de diversos tamanhos, arquitetura e usos diferenciados
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Aplicação das estruturas metálicas na construção civil
Steel Frame
http://www.steelframe.eng.br/
Condomínio Costa do Descobrimento: 36 casas construídas em 10 meses 
em steel frame. Arquiteto Alexandre Mariutti. Bahia, 2008. Fonte: 
Portal CBCA.
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Aço estrutural
O aço é produzido em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo
eficientemente a uma ou mais aplicações. Esta variedade decorre da necessidade de contínua adequação do
produto às exigências de aplicações específicas que vão surgindo no mercado, seja pelo controle da
composição química, seja pela garantia de propriedades específicas ou, ainda, na forma final (chapas, perfis,
tubos, barras, etc.).
Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de média e alta
resistência mecânica, termo designativo de todos os aços que, devido à sua resistência, ductilidade e outras
propriedades, são adequados 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,
✓ homogeneidade microestrutural,
✓ susceptibilidade de corte por chama sem endurecimento
✓ boa trabalhabilidade em operações tais como corte, furação e dobramento, sem que se originem fissuras
ou outros defeitos.
INTRODUÇÃOAULA 1
➢Aço estrutural
Diagrama tensão x deformação:
INTRODUÇÃOAULA 1
Ver ensaio de tração neste link:
https://www.youtube.com/watch
?v=sKBOdB0x4gk
➢Aço estrutural
Fase Elástica → limite de proporcionalidade (sp). Nesta fase a relação tgƟ recebe o nome de módulo de
elasticidade longitudinal ou módulo de Young (E). Esta relação linear é conhecida como lei de Hooke.
Fase Plástica:
Patamar de escoamento - nome de limite de escoamento (fy).
O limite de escoamento do aço é uma das propriedades físicas mais importantes no cálculo das estruturas de 
aço, pois procura-se evitar que esta tensão seja atingida na seção transversal das barras, como forma de 
limitar a sua deformação.
Encruamento - Período em que voltam a ocorrer acréscimos das tensões, embora não de forma linear
(encruamento). O ponto do gráfico que corresponde à maior tensão que o material resiste é denominada
de limite de resistência. Esta fase é caracterizada pela diminuição da seção transversal do corpo de prova no
ensaio de tração.
Fase de ruptura - Período a partir do qual o material já atingiu sua tensão máxima (limite de resistência -
fu ) e ocorre, então, a ruptura, a uma tensão inferior a máxima obtida.
INTRODUÇÃOAULA 1
INTRODUÇÃOAULA 1
Propriedades mecânicas:
✓ Ductilidade - É a capacidade do material se deformar sob ação de cargas;
✓ Fragilidade – É o oposto da ductilidade. Propriedade muito importante e merece ser cuidadosamente
estudada, pois o corpo se deforma pouco antes da ruptura, que ocorre sem aviso prévio (ruptura frágil).
✓ Resiliência – É a capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico.
✓ Tenacidade – É a capacidade do material absorver energia mecânica com deformações elásticas e
plásticas.
✓ Dureza - É a resistência ao risco. É medida experimentalmente por vários processos, porém é definida
como a resistência oferecida pela superfície à penetração de uma peça de maior dureza.
✓ Fadiga - Ocorre quando peças estão sujeitas a esforços repetidos e acabam rompendo a tensões inferiores
àquelas obtidas em ensaios estáticos. Deve-se levar em conta esta propriedade principalmente em
dimensionamento de peças sob o efeito dinâmico, como pontes, torres de transmissão, etc.
Lembrando:
▪ Elasticidade - É definida como a capacidade que o material possui de retornar ao seu estado inicial após o
descarregamento, não apresentando deformações residuais.
▪ Plasticidade - A deformação plástica é uma deformação provocada por tensão igual ou superior ao limite
de escoamento. Neste tipo de deformação, ocorre uma mudança na estrutura interna do metal,
resultando em um deslocamento relativo entre os átomos do metal (ao contrário da deformação elástica),
resultando em deformações residuais.
INTRODUÇÃOAULA 1
CONSTANTES FÍSICAS DOS AÇOS ESTRUTURAIS :
▪ LIMITE DE ESCOAMENTO: fy = 250 MPa (ASTM A-36, MR-250)
▪ LIMITE DE RESISTÊNCIA: fu = 400 MPa (ASTM A-36, MR-250)
▪ MÓDULO DE ELASTICIDADE: E = 205000 MPa
▪ MÓDULO TRANSVERSAL DE ELASTICIDADE = E / [2(1+n)]: G = 78000 MPa
▪ COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA: β = 12 X 10-6 °C-1
▪ MASSA ESPECÍFICA: g = 77 kN/m3
▪ COEFICIENTE DE POISSON NO REGIME ELÁSTICO: ʋ = 0,3
▪ COEFICIENTE DE POISSON NO REGIME PLÁSTICO: ʋp = 0,5
INTRODUÇÃOAULA 1
➢ Fases do Projeto
✓Projeto de Arquitetura
✓Projeto Estrutural
✓Desenho de fabricação
✓ Jateamento e pintura: proteção contra corrosão e pintura definitiva
✓ Transporte até a obra
✓Montagem da estrutura
✓Controle de qualidade
INTRODUÇÃOAULA 1
INTRODUÇÃOAULA 1