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ESTRUTURAS
METÁLICAS
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Estruturas Metálicas
1.0 Considerações básicas:
O aço é basicamente uma liga de ferro com baixo teor de carbono (<1,7%) e outros elementos
químicos que aparecem como impurezas ou são adicionados para fornecer propriedades desejadas.
1.1 Obtenção do aço:
Para produzir aço, parte-se do ferro, que é encontrado na natureza em forma de óxido e, na
operação denominada redução é transformado em metal.
A operação de redução consiste em fornecer calor ao minério de ferro, que combina o oxigênio
existente nas suas moléculas com carbono de carvão utilizado na queima, deixando como produto, nos
altos fornos ou em fornos de redução direta, o metal básico ferro (ferro gusa).
A seguir, o ferro gusa é transformado em aço mediante a passagem de ar ou oxigênio puro no
seu interior, possibilitando a combinação com carbono existente. Ao mesmo tempo podem ser
adicionados outros elementos (silício, manganês, fósforo, enxofre, etc.), gerando-se assim os mais
diversos tipos de aço.
Outro processo utilizado consiste em fundir sucata de ferro em um forno elétrico.
Após esta transformação, o aço pode ser moldado na forma de chapas, barras, perfis, tubos,
etc., num processo chamado de laminação.
1.2 Classificação:
a) Segundo o teor de carbono:
I) Ferro gusa: teor de carbono entre 3,5% a 4% (1ª fusão do minério de ferro);
II) Ferro fundido: teor de carbono entre 1,8% a 2% (2ª fusão);
III) Aço carbono: teor de carbono entre 0,15% a 1,7%;
IV) Ferro doce ou forjado: teor de carbono menor que 0,15%.
b) Aços estruturais:
I) Aço-carbono:
baixo carbono: C < 0,15%
carbono moderado: 0,15% < C < 0,29%
médio carbono: 0,30% < C < 0,59%
alto carbono: 0,60% < C < 1,7%
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Exemplos: ASTM A7
ASTM A36
DIN St37
ASTM A307 (parafuso comum)
ASTM A325 (parafuso de alta resistência)
ASTM A570 (chapas)
ASTM A500 (tubos)
II) Aços de baixa liga:
Aços com elementos de liga para aumentar a resistência mecânica ou à corrosão.
Exemplos: ASTM A242
USI-SAC-350
As usinas nacionais produzem aço de alta resistência mecânica e à corrosão atmosférica, com
os seguintes nomes comerciais:
USI-SAC: produzido pela Usiminas
NIOCOR: produzido pela CSN e Cosipa
COS-AR-COR: produzido pela CSN e Cosipa.
III) Aços com tratamento térmico:
Tanto os aços-carbono quanto os de baixa liga podem ter suas resistências aumentadas pelo
tratamento térmico, porém são aços de soldagem mais difícil.
Os parafusos de alta resistência e os aços de baixa liga usados em barras de protensão, recebem
tratamento térmico.
1.3 Principais associações técnicas:
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
BRxxx (Baixa Resistência + tensão de escoamento fy em MPa): BR190
MRxxx (Média Resistência + tensão de escoamento fy em MPa): MR250
ARxxx (Alta Resistência + tensão de escoamento fy em MPa): AR345
ASTM - American Society for Testing and Materials
Ordem cronológica: ASTM A36, A325
SAE - Society of Automotive Engineers
Composição química: SAE 1020
DIN – Deustsche Industrie Normen (norma alemã)
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1.4 Histórico:
Séc XII: produção de ferro fundido em larga escala (China);
1.750: produção industrial do ferro fundido (Inglaterra);
1.779: ponte sobre o rio Severn (Inglaterra);
1.857: ponte sobre o rio Paraíba do Sul (Brasil);
1.860: produção industrial do aço;
1.890: o aço suplanta o ferro fundido como material de construção;
1.953: Companhia Siderúrgica Nacional (CSN);
1.960: aços de baixa liga;
1.961:edifício Avenida Central;
1.970: ponte Rio-Niterói.
1.5 Normas técnicas:
NBR 6120 (NB-5/1978): Cargas para o cálculo de estruturas de edificações (ABNT);
NBR 6123 (NB599/1987): Forças devidas ao vento em edificações (ABNT);
NBR 8681 (NB 862/1984) Ações e segurança nas estruturas (ABNT);
NBR 8800 (NB 14/1986): Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios (ABNT);
LRFD Manual of Steel Construction (AISC);
Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE 7-98) (American Society of
Civil Engineers);
Structural Welding Code: Steel : ANSI/AWS D1.1 2000 Vol. 1 (American Welding Society).
1.6 Ensaio de tração simples (curva tensão x deformação):
F F
l0
l0 + ∆l
A0
A
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Lei de Hooke: Os deslocamentos são proporcionais aos esforços (dentro de certos limites).
∆l = kF
Tensão:
σ =
0A
F
Deformação específica:
0l
l∆=ε
Lei de Hooke:
σ = Eε
E: módulo de elasticidade ( módulo de Young) , para o aço E = 205.000 MPa
Curvas tensão-deformação de aços estruturais
fy: tensão de escoamento
fu: tensão de ruptura
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Trecho inicial de curvas tensão-deformação de aços estruturais
(Ampliação da parte inicial da figura anterior)
1.7 Ensaio de cisalhamento simples:
Tensão de cisalhamento:
A
F=τ
Lei de Hooke: τ = Gγ
γ = distorção;
0h
d=γ
G: módulo de elasticidade transversal;
Relação entre E, G e ν :
Experimentalmente, verificou-se que fv = 0,60 fy , sendo fv a tensão de escoamento ao
cisalhamento.
fy: tensão de escoamento
fu: tensão de ruptura
)1(2 ν+=
EG
F
F
γ
A
h0
τ
γ
fv
tg-1 G
d
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1.8 Propriedades dos aços:
Constantes físicas:
E = 205.000 MPa = 205 GPa ≅ 2.100.000 kgf/cm2 (módulo de elasticidade)
G = 78.850 MPa ≅ 788 tf/cm2 (módulo de elasticidade transversal)
ν = 0,3 (coeficiente de Poisson)
β = 12 × 10−6 /°C (coeficiente de dilatação térmica)
γ = 77 kN/m3 ≅ 7850 kgf/m3 (peso específico)
Observações: 1 kgf =9,8 N ≅ 10 N
1 kN = 100 kgf
1 MPa = 10 kgf/ cm2
Dutilidade: Capacidade de se deformar sob a ação de cargas. Essencial para redistribuir os
esforços internos na estrutura.
Fragilidade: É o oposto da dutilidade. Pode ser provocada por baixas temperaturas, estado tri-
axial de tensões, soldas defeituosas.
Resiliência: É a capacidade de absorver energia no estado elástico.
Tenacidade: É a capacidade de absorver energia no estado inelástico.
Dureza: Resistência ao risco ou abrasão.
Fluência ou creep: Redução da resistência e do módulo de elasticidade em temperaturas
elevadas
Fadiga: Redução da resistência provocada por esforços repetidos. A resistência à fadiga é
reduzida por soldas defeituosas, concentração de tensões, variações bruscas de seção.
Corrosão: Reação química do aço com o oxigênio do meio ambiente (ar, água, solo). Pode ser
combatida ou minimizada com elementos de liga, pintura, proteção catódica (no caso de estruturas
enterradas ou submersas).
Tensões residuais: Tensões causadas pelo resfriamento desigual da peça após o processo de
fabricação.
1.9 Produtos siderúrgicos:
As usinas produzem aços para utilização estrutural sob diversas formas: barras, chapas, perfis
laminados, trilhos, tubos, fios trefilados, cordoalhas e cabos.
I) Barras: são produtos nos quais duas dimensões (da seção transversal) são pequenas em
relação à terceira (comprimento) e laminadas em seção circular, quadrada ou retangular alongada
(barras chatas):
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a) Barras redondas: com amplo número de bitolas, as barras redondas são usadas na confecção de
chumbadores, parafusose tirantes;
Diâmetro φ(mm) Peso(kg/m)
12,5 0,99
16,0 1,55
19,0 2,24
22,0 3,05
25,0 3,98
28,0 5,03
32,0 6,22
35,0 7,52
38,0 8,95
44,0 12,18
50,0 15,40
57,0 20,10
64,0 24,90
70,0 30,00
76,0 35,80
89,1 48,70
102,0 63,60
b) Barras chatas: são usadas em guarda-corpo e são encontradas nas dimensões 38 x 48 (1 ½ x 3/16) a
304, 8 x 50,8 (12″ x 2″) e nos aços 1010 a 1020 e A36 (Tab. C-27, Bellei, 2ª ed.);
c) Barras quadradas: são usadas como trilhos de pontes rolantes pequenas e são encontradas nas
dimensões básicas (de 50,8mm a 152mm) nos aços 1010/1020 e A36 (Tab. C-28, Bellei, 2ª ed.).
II) Chapas: são produtos laminados em que uma dimensão (a espessura) é muito menor que as
outras duas (largura e comprimento) e se dividem em chapas finas e grossas:
a) Chapas finas a frio: são produtos com espessura-padrão de 0,30mm a 2,65mm fornecidas nas
larguras-padrão de 1100mm, 1200mm, 1500mm, e nos comprimentos-padrão de 2000mm, 2500mm e
3000mm, e também sob a forma de bobinas (usados nas construções como complementos, sejam
esquadrias, dobradiças, portas, batentes);
Tipo do aço Denominação fy (MPa) fu (MPa) Aço
BR - 190 baixa resistência 190 330 SAE - 1010
MR - 250 media resistência 250 400 ASTM A36
AR - 290 alta resistência 290 415 ASTM A572
AR - 345 alta resistência 345 450 ASTM A572
AR - COR alta resistência 345 485 SAC - 50
mecânica e COS - AR - COR
corrosão NIOCOR
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b) Chapas finas a quente: espessuras-padrão de 1,20mm a 5,00mm fornecidas nas larguras-padrão de
1000mm, 1200mm, 1500mm e 1800mm e nos comprimentos-padrão de 2000mm, 3000mm e 6000mm
e em bobinas (usados em perfis de chapas dobradas, para construção em estruturas metálicas leves);
Obs.: MSG – U. S. Manufacture’s Standard Gauge
c) Chapas grossas: espessuras-padrão de 6,3mm a 102mm fornecidas em diversas larguras-padrão de
1000mm a 3800mm e nos comprimentos-padrão de 6000mm e 12000mm (usados nas construções de
estruturas metálicas, principalmente para a formação de perfis soldados para trabalhar como vigas,
colunas, e estacas);
Espessura Peso Espessura Peso
padrão(mm) (kg / m²) padrão(mm) (kg / m²)
0.30 2.36 1.06 8.32
0.33 2.98 1.20 9.42
0.45 3.53 1.50 11.78
0.60 4.71 1.70 13.35
0.75 5.89 1.90 14.92
0.85 6.67 2.25 17.66
0.90 7.06 2.65 20.88
MSG Nº Espessura Peso
padrão (mm) kg / m²
# 18 1.2 9.4
# 16 1.5 11.8
# 14 2.0 15.7
# 13 2.3 17.7
# 12 2.7 20.8
# 11 3,00 ( 1/8'' ) 23.6
# 10 3.4 26.3
# 9 3.8 29.4
# 8 4.3 33.4
# 7 4.5 35.3
3/16 " 4.8 37.3
5.0 39.2
Eepessura Espessura Peso Espessura Peso
(pol) (mm) (kg / m²) (mm) (kg / m²)
1/4" 6.3 49.46 37.5 294.38
5/16" 8.0 62.80 45.0 353.25
3/8" 9.5 74.58 50.0 392.50
1/2" 12.5 98.13 57.0 447.44
5/8" 16.0 125.60 63.0 494.55
3/4" 19.0 149.15 75.0 588.75
7/8" 22.4 175.84 102.0 800.70
1" 25.0 196.25
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d) Chapas zincadas: produtos com espessura-padrão de 0,25mm a 1,95mm, fornecidos nas larguras-
padrão de 1000mm e nos comprimentos-padrão de 2000mm e 3000mm, e também em bobinas (usados
como elementos complementares nas construções, sejam telhas para cobertura e tapamentos laterais,
calhas, rufos, caixilhos, dutos de ar condicionado, divisórias, etc.)
III) Perfis laminados: são produtos obtidos diretamente por meio da lâmina
Perfis laminados estruturais da série americana:
a) Tipo: perfil H (bf ≅ d)
Dimensões: d = 152 mm
Designação: H de 152 x 37,1; perfil H com d = 152 mm e peso = 37,1 kg / m
(Tab. A6.1, W. Pfeil, 7ª ed.)
b) Tipo: perfil I
Dimensões: d = 76 a 305 mm
Designação: I de 152 x 18,5; perfil I com d = 152 mm e peso = 18,5 kg / m
(Tab. A6.2, W. Pfeil, 7ª ed.)
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c) Tipo: perfil U ou C
Dimensões: d = 76 a 381 mm
Designação: U de 203 x 17,1; perfil U com d – 203 mm e peso = 17,1 kg / m
(Tab. A6.3, W. Pfeil, 7ª ed.)
d) Tipo: cantoneira de abas desiguais
Dimensões: a x b = 89 x 64 a 203 x 102 mm
t = 6 a 25 mm
Designação: L de 102 x 76 x 7,9; cantoneira de abas desiguais com a = 102, b = 76 e t = 7,9mm
(Tab. A6.5, W. Pfeil, 7ª ed.)
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e) Tipo: cantoneira de abas iguais
Dimensões: a = 25 a 203 mm
t = 3 a 25 mm
Designação: L de 50 x 6,3; cantoneira de abas iguais com a = 50 mm e t = 6,3 mm
(Tab. A6.4, W. Pfeil, 7ª ed.)
IV) Perfis soldados: dada a grande versatilidade de combinações de espessuras com alturas e
larguras, os perfis soldados, compostos a partir de três chapas, são largamente empregadas nas
estruturas metálicas.
Série padronizada:
Série CS para colunas (com d/bf =1): (Tab. A8.1, W. Pfeil, 7ª ed.)
Série CVS para colunas e vigas (com 1< d/bf < 1,5): (Tab. A8.2, W. Pfeil, 7ª ed.)
Série VS para vigas (com 2< d/bf < 4): (Tab. A8.3, W. Pfeil, 7ª ed.)
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Dimensões: CS Æ de 250 a 650
CVSÆde 250 a 650
VS Æ de 250 a 1500
Designação: VS Æ d x PESO
VS Æ 900 x 124
Perfil soldado série viga com d = 900 e peso 124 kg / m
V) Perfis em chapas dobradas: estes produtos estão sendo aplicados de forma crescente na
execução de estruturas leves.
a) Tipo: Perfil Canal
Perfil C não enrigecido Perfil C enrigecido
Perfil C de h x b x t Perfil C de h x b x c x t
b) Tipo: Perfil Z
Perfil Z não enrigecido Perfil Z enrigecido
Perfil Z de h x b x t Perfil Z de h x b x c x t
(Tab. C-25, Bellei, 2ª ed.) (Tab. C-26, Bellei, 2ª ed.)
(Tab. C-23, Bellei, 2ª ed.) (Tab. C-24, Bellei, 2ª ed.)
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c) Tipo: Cantoneira
Perfil L não enrigecido Perfil L enrigecido
Perfil L de h x a x t Perfil L de h x a x c x t
(Tab. C-8, Bellei, 2ª ed.)
d) Tipo: Perfil Cartola
Perfil Cartola h x b x c x t
e) Tipo: Tubular
Perfil Tubular a x b x t
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VI) Tubos estruturais: existe grande variedade nas dimensões dos tubos encontrados no
mercado (usados como elementos estruturais, principalmente na formação de treliças especiais)
a) Tipo: Retangular
Tubo: a x b x t
(Tab. C-18, Bellei, 2ª ed.)
b) Tipo: Quadrado
Tubo: a x a x t
(Tab. C-17, Bellei, 2ª ed.)
c) Tipo: Circular
Tubo: D x e
(Tab. C-16, Bellei, 2ª ed.)
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VII) Trilhos: são produtos laminados destinados a servir de apoio para rodas metálicas de
pontes rolantes ou trens (ver Tabela A6.7 do Livro Estruturas de aço, Walter Pfeil, 7a. edição);
VIII) Fios, cordoalhas e cabos:
Os fios ou arames são obtidos por trefilação. Fabricam-se fios de aço doce e também de aço
duro (aço de alto carbono).
Os fios de aço duro são empregados em molas, cabos de protensão de estruturas etc.
As cordoalhas são formadas por três ou sete fios arrumados em forma de hélice.
Os cabos de aço são formados por fios trefilados finos, agrupados em arranjos helicoidais
variáveis.
A tabela seguinte apresenta os principais tipos de aços estruturais série ASTM usados no Brasil
(tabela 22 da NBR 8800):
Classificação Denominação Produto Grupo/Grau fy
(MPa)
fu
(MPa)
Perfis Todos os grupos
Chapas t < 200 mm A-36
Barras t < 100 mm
250 400 a 550
Grau 40 280 380
Aços-carbono
A-570 Chapas Todos os Grupos Grau 45 310 410
Grupos 1 e 2 345 485 Perfis Grupo 3 315 460
t < 19 mm 345 485
19 mm < t ≤ 19 mm 315 460
38 mm < t ≤ 100 mm 290 435
A-441 Chapas
e
Barras
100 mm < t ≤ 200 mm 275 415
Grau 42 290 415 Perfis Todos os Grupos Grau 50 345 450
Grau 42 (t ≤ 150 mm) 290 415
Aços de
baixa liga
ealta
resistência
mecânica
A-572 Chapas e
Barras Grau 50 (t ≤ 50 mm) 345 450
Grupos 1 e 2 345 480 Perfis Grupo 3 315 460
t < 19 mm 345 480
19 mm < t < 38 mm 315 460
A-242 Chapas
e
Barras 38 mm < t < 100 mm 290 435
Perfis Todos os Grupos 345 485
t ≤ 100 mm 345 485
100 mm < t ≤ 127 mm 315 460
Aços de
baixa liga
e alta
resistência
mecânica
e à
corrosão
atmosférica
A-588 Chapas e
Barras
127 mm < t ≤ 200 mm 290 435
Notas:
(a) Grupamento de perfis estruturais para efeito de propriedades mecânicas:
Grupos 1 e 2: perfis I de abas inclinadas, perfis U, cantoneiras com espessura ≤ 19 mm.
Grupo 3: cantoneiras com espessura > 19 mm.
(b) Para efeito das propriedades mecânicas das barras, a espessura t corresponde à menor
dimensão da seção transversal da barra.
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Observações:
A-36: É o mais usado em estruturas metálicas (edifícios, pontes e estruturas em geral), podendo
ser empregado como ligações rebitadas, parafusadas e soldadas;
A-570: Empregado na confecção de perfis de chapa dobrada, devido a sua ductibilidade;
A-500: É usado na confecção de tubos redondos, quadrados ou retangulares;
A-501: É usado também na fabricação de tubos redondos, quadrados ou retangulares e tem a
mesma resistência do A-36;
A-441: É usado onde se requer um grau de resistência maior, podendo ser empregado em
qualquer tipo de estrutura com ligações soldadas, parafusadas ou rebitadas;
A-572: É usado onde se requer um grau de resistência maior, podendo ser empregado em
qualquer tipo de estrutura com ligações soldadas, parafusadas ou rebitadas;
A-242: É caracterizado por ter uma resistência à corrosão duas vezes a do aço-carbono,
podendo ser empregado com ligações parafusadas, rebitadas ou soldadas e em estruturas em geral;
A-588: É empregado onde se requer uma redução de peso aliada a uma resistência maior à
corrosão atmosférica, que é 4 vezes a do aço carbono, principalmente em ligações soldadas,
parafusadas ou rebitadas de pontes, viadutos e estruturas especiais, pois, devido a sua resistência à
corrosão, pode dispensar a pintura, exceto em ambientes agressivos.
1.10 Vantagens e desvantagens das estruturas metálicas:
I) Principais vantagens:
a) Maior resistência mecânica: O módulo de elasticidade do aço é aproximadamente igual a 10 (dez)
vezes do concreto. Dessa forma, consegue-se com a estrutura metálica maiores vãos de vigamentos,
colunas de menores dimensões e vigas com menor altura.
b) Maior rapidez de execução: Sendo a estrutura metálica composta de peças pré-fabricadas, a
montagem pode ser executada com grande rapidez.
c) Canteiro de obra mais organizado:
d) Facilidade de modificação: Uma obra executada em estrutura metálica, caso necessário, pode ser
facilmente reforçado ou ampliada.
e) Possibilidade de reaproveitamento: A estrutura metálica, principalmente quando as ligações são
parafusadas, pode ser desmontada e reaproveitada.
II) Principais desvantagens:
a) Custos mais elevados: As estruturas em concreto armado apresentam um custo global inferior ao do
aço.
b) Possibilidade de corrosão: Estima-se que 15% do custo total da estrutura são gastos com
conservação.
e) Necessidade de mão-de-obra especializada.
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1.11 Filosofias de projeto:
I) Métodos:
a) Método das tensões admissíveis
b) Método dos estados limites
a) Método das tensões admissíveis (AISC: ASD - admissible stress design): compara a tensão
atuante com a tensão admissível:
σ ≤ σadm = FS
f y
σ = tensão atuante decorrente do carregamento na estrutura
σadm = tensão admissível do material
fy = tensão de escoamento
FS = fator de segurança
- Características do projeto por tensões admissíveis
1. O estado limite de resistência é o início de plastificação da seção mais tensionada;
2. O cálculo dos esforços solicitantes é feito no regime elástico;
3. As cargas atuantes são consideradas com seus valores nominais;
4. A segurança da estrutura fica embutida na tensão admissível (coeficiente de segurança).
b) Método dos estados limites (AISC: LRFD – load and resistance factor design)
(1) Compara esforços majorados com resistência reduzida: Estado limite último
Σ γi Qi ≤ φ Rn
Qi : valores nominais das cargas
Rn : valor nominal da resistência
γi : fatores de majoração das cargas
φ : fator de redução da resistência
(2) Determina limites de utilização: Estado limite de utilização
1. Deformação elástica (excessiva)
2. Vibração (excessiva)
Qn
Rn
γQn = Sd
φRn = Rd
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- Vantagens do projeto por estado limite:
1 É uma “nova” ferramenta de projeto.
2 É mais racional que a filosofia das tensões admissíveis.
3 É mais seguro.
4 Pode ser mais econômica para pequenas cargas variáveis.
5 O conhecimento das estruturas é mais preciso que o das cargas.
6 É mais flexível: permite tratar separadamente a resistência e as cargas.
7 As cargas não dependem do material.
8 Futuros ajustes podem ser feitos com facilidade.
9 Trata o comportamento da estrutura de modo mais intuitivo.
10. Baseada em modelos probabilísticos, ou seja, a filosofia do estado limite reconhece que não
se pode construir estrutura absolutamente segura: sempre existe a probabilidade de as cargas
serem superiores à resistência da estrutura.
II) Ações em estruturas segundo a NBR 8800 (seção 4.8):
- Ações permanentes (G):
Peso próprio da estrutura;
Peso de pisos, telhados e revestimentos;
Peso de paredes;
Peso de equipamentos e instalações fixas
- Ações variáveis (Q):
Uso e ocupação;
Sobrecargas;
Ventos;
Variação de temperatura;
Empuxo de terra;
Pressão hidráulica
- Ações excepcionais (E):
Explosões;
Choques de veículos;
Efeitos sísmicos
III) Solicitação de projeto (Sd) segundo a NBR-8800:
(a) Durante as condições de uso e construção:
Sd = ΣγgG + γq1 Q1 + ψj γqj Qj
(b) Durante condições excepcionais:
Sd = ΣγgG + E + Σψ γq Q
∑
=
n
j 2
20
Onde:
Sd: solicitação combinada de projeto
G: carga permanente
Q1: ação variável base (preponderante)
Qj : ação variável a ser combinada com a ação base (demais ações variáveis)
γg: coeficiente de ponderação para as cargas permanentes
γq1: coeficiente de ponderação para a carga variável base
γqj: coeficiente de ponderação para as demais cargas variáveis
ψj: fator de combinação das ações variáveis
E: ações excepcionais (choques, explosões, efeitos sísmicos, etc.)
Coeficientes de ponderação de solicitações γ
segundo a NBR 8800:
Ações Permanentes Ações Variáveis
Grande
Variabilidade
Pequena
Variabilidade
(**)
Uso(*) Recalques Diferenciais
Variação de
Temperatura
Ambiental
Demais
Ações Combinações
γg γg γq γq γq γq
Normais
1,4 (0,9) 1,3 (1,0) 1,5 1,2 1,2 1,4
Durante a
Construção 1,3 (0,9) 1,2 (1,0) 1,3 1,2 1,0 1,2
Excepcionais
1,2 (0,9) 1,1 (1,0) 1,1 0 0 1,0
Notas: a) Os valores entre parênteses correspondem aos coeficientes para ações permanentes
favoráveis
b) Quando o peso próprio da estrutura supera 75% do peso permanente total da construção,
este último é considerado como carga permanente de pequena variabilidade; caso
contrário, como de grande variabilidade.
(*) Sobrecargas em pisos e coberturas, cargas em pontes rolantes ou outros equipamentos,
variações de temperatura provocadas por equipamentos etc.
(**) Pfeil considera esta coluna para peso próprio de elementos metálicos e de elementos
pré-fabricados com controle rigoroso de peso
Fatores de combinação de ações ψ
segundo a NBR 8800:
Ações ψ(*)
Sobrecargas em pisos de bibliotecas,arquivos, oficinas e garagens;
conteúdo de silos e reservatórios 0,85 (0,75)
Cargas de equipamentos (incluindo pontes rolantes)
e sobrecargas em pisos diferentes dos anteriores 0,70 (0,65)
Pressão dinâmica do vento 0,60
Variações de temperatura 0,60
21
Notas: a) Os coeficientes ψ devem ser tomadas iguais a 1,0 para as ações variáveis não citadas nesta
tabela e também para as ações variáveis nela citadas , quando forem de mesma natureza da ação
variável predominante Q1; todas as ações variáveis decorrentes do uso de uma edificação (sobrecargas
em pisos e em coberturas, cargas de pontes-rolantes e de outros equipamentos), por exemplo, são
consideradas de mesma natureza.
b) O impacto, quando aplicável, deve ser considerado na carga variável correspondente.
(*) Os valores entre parênteses são considerados por Walter Pfeil (Estruturas de aço, 7ª edição)
IV) Valores máximos recomendados para deformações pela NBR 8800 (Anexo C):
Tipo Deslocamento Ação Elemento Limite
Sobrecarga
Barras biapoiadas suportando
elementos de cobertura
inelásticos
1/240 do vão
Sobrecarga Barras biapoiadas suportando elementos de cobertura elásticos 1/180 do vão
Sobrecarga Barras biapoiadas suportando pisos 1/360 do vão
Carga máxima por
roda
Vigas de rolamento biapoiadas
para pontes rolantes com
capacidade de 200 kN ou mais
1/800 do vão
V
er
tic
al
Carga máxima por
roda
Vigas de rolamento biapoiadas
para pontes rolantes com
capacidade inferior a 200 kN
1/600 do vão
Força transversal
da ponte
Vigas de rolamento biapoiadas
para pontes rolantes
1/600 do vão
Ed
ifí
ci
os
In
du
st
ria
is
H
or
iz
on
ta
l
Força transversal
da ponte ou vento
Deslocamento horizontal da
coluna relativo à base
1/400 a 1/200
da altura
Sobrecarga
Barras biapoiadas de pisos e
coberturas suportando
construções e acabamentos
sujeitos à fissuração
1/360 do vão
V
er
tic
al
Sobrecarga Idem, não sujeitos à fissuração 1/300 do vão
Vento
Deslocamento horizontal do
edifício relativo á base devido a
todos os efeitos
1/400 da altura
do edifício
Vento
Deslocamento horizontal relativo
entre dois pisos consecutivos
devido à força horizontal total no
andar quando fachadas,
divisórias e suas ligações não
absorverem as deformações da
estrutura
1/500 da altura
do andar
O
ut
ro
s e
di
fíc
io
s
H
or
iz
on
ta
l
Vento Idem, quando absorverem 1/400 da altura do andar
22
1.12 Exemplos:
Exemplo 1 (combinação de ações): Determinar a solicitação de projeto para viga de edifício sujeita aos
seguintes momentos fletores:
Peso próprio da estrutura (PP): 10 kN·m
Uso da estrutura (Uso): 30 kN·m
Como só existe uma carga variável (uso da estrutura),
Sd = 1,3 PP + 1,5 Uso
Sd = 1,3 × 10 + 1,5 × 30
Sd = 58,0 kN·m
Exemplo 2 (combinação de ações): Determinar a solicitação de projeto para viga de edifício sujeita aos
seguintes momentos fletores:
Peso próprio da estrutura (PP1): 10 kN·m
Peso próprio dos outros componentes (PP2): 50 kN·m
Ocupação (uso) da estrutura (Ocup): 30 kN·m
Vento (Vnt): 20 kN·m
Carga base: Ocupação
Sd = 1,3 PP1 + 1,4 PP2 + 1,5 Ocup + 1,4 (0,6 Vnt)
Sd = 1,3 × 10 + 1,4 × 50 + 1,5 × 30 + 1,4 (0,6 × 20)
Sd = 144,8 kN·m
Carga base: Vento
Sd = 1,3 PP1 + 1,4 PP2 + 1,4 Vnt + 1,5 (0,65 Ocup)
Sd = 1,3 × 10 + 1,4 × 50 + 1,4 × 20 + 1,5 (0,65 × 30)
Sd = 140,2 kN·m
Que solicitação de projeto Sd escolher? Sd = 144,8 kN·m
Exemplo 3 (combinação de ações): Determinar a solicitação de projeto para diagonal de treliça de
telhado sujeita aos seguintes esforços normais:
Peso próprio da treliça e telhado (PP): 1,0 kN
Vento sobrepressão (VntSPr): 1,5 kN
Vento sucção (VntSuc): −3,0 kN
Sobrecarga acidental (SC): 0,5 kN
Carga base: Vento sobrepressão (VntSPr)
Sd = 1,3 PP + 1,4 VntSPr + 1,4 (0,65 × SC)
Sd = 1,3 × 1,0 + 1,4 × 1,5 + 1,4 (0,65 × 0,5)
Sd = 3,86 kN
Carga base: Vento sucção (VntSuc)
Sd = 1,0 PP + 1,4 VntSuc (por quê γg = 1,0?)
Sd = 1,0 × 1,0 + 1,4 (−3,0)
Sd = −3,20 kN
60 Obs. 10/60 ≅0,1667 = 16,67%
< 75% ⇒ grande
variabilidade, então:
1,4 PP1 + 1,3 PP2
Obs. Carga variável favorável não
entra!
23
Carga base: Sobrecarga acidental (SC)
Sd = 1,3 PP + 1,4 SC + 1,4 (0,6 VntSPr)
Sd = 1,3 × 1,0 + 1,4 × 0,5 + 1,4 (0,6 × 1,5)
Sd = 3,26 kN
Que solicitação de projeto Sd escolher? Sd = 3,86 kN (tração)
Sd = -3,20 kN (compressão)
Exemplo 4 (combinação de ações): Determinar a solicitação de projeto para viga de edifício sujeita aos
seguintes momentos fletores:
Peso próprio da estrutura (PP1): 10 kN·m
Peso próprio dos outros componentes (PP2): 50 kN·m
Ocupação (uso) da estrutura (Ocup): 60 kN·m
Vento (Vnt): 20 kN·m
Sobrecarga acidental (SC): 10 kN·m
Carga base: Ocupação
Sd = 1,3 PP1 + 1,4 PP2 + 1,5 Ocup + 1,4 (0,6 Vnt) + 1,4 (0,65 SC)
Sd = 1,3 × 10 + 1,4 × 50 + 1,5 × 60 + 1,4 (0,6 × 20) + 1,4 (0,65 × 10)
Sd = 198,9 kN·m
Por quê é desnecessário neste caso calcular as solicitações de projeto correspondentes às outras cargas
base? Porque o momento de 60 kNm é muito maior do que os outros dois: 20 kNm e 10 kNm.
Exemplo 5 (combinação de ações): Calcule a solicitação de projeto para uma viga estrutural de uma
oficina sujeita aos seguintes esforços:
Peso próprio da estrutura metálica (PP): 10 kN.m
Carga de utilização (Util): 20 kN.m
Carga de vento (Vnt): 25 kN.m
Carga excepcional (E): 15 kN.m
Carga base: Utilização
Sd = 1,3 PP + 1,5 Util + 1,4 (0,6 Vnt)
Sd = 1,3 × 10 + 1,5 × 20 + 1,4 (0,6 × 25)
Sd = 64,0 kN·m
Carga base: Vento
Sd = 1,3 PP + 1,4 Vnt + 1,5 (0,75 Util)
Sd = 1,3 × 10 + 1,4 × 25 + 1,5 (0,75 × 20)
Sd = 70,5 kN·m
Carga base: Excepcional
Sd = 1,1 PP + E + 1,1 (0,75 Util) + 1,0 (0,60 Vnt)
Sd = 1,1 × 10 + 15 + 1,1 (0,75 × 20) + 1,0 (0,60 × 35)
Sd = 57,5 kN·m
24
Observe que:
(a) A carga excepcional não entrou nas duas primeiras combinações.
(b) Os fatores γ foram retirados da última linha da tabela dos coeficientes de ponderação de
solicitações.
Que solicitação de projeto Sd escolher? Sd = 70,5 kN·m
Exemplo 6 (comparação entre projeto por tensões admissíveis e projeto por estados limites):
Dimensionar uma peça tracionada composta de dois perfis U ASTM A36 para as seguintes cargas:
Peso Próprio da Estrutura Metálica (PP1): 10 tf
Peso Próprio dos outros componentes da estrutura (PP2): 50 tf
Carga de Ocupação (Ocup): 30 tf
Carga de Vento (Vnt): 20 tf
Total: 110 tf
O aço ASTM A36 tem as seguintes propriedades mínimas:
fy = 2,50 tf/cm2
fu = 4,00 tf/cm2
(a) Dimensionamento por tensões admissíveis
Para peças tracionadas, a AISC-ASD considera a resistência ao escoamento e à ruptura. Na
condição mais econômica, a tensão atuante deve ser igual à tensão admissível, isto é, ft = σadm.
Dimensionamento ao escoamento:
ft = σadm FS
f y=
65,1
yf
A
P = (FS ao escoamento = 1,65)
65,1
5,2110 =
A
= 1,50 tf/cm2
A = 73,48 cm2
Dimensionamento à ruptura:
ft = σadm FS
fu=
2
uf
A
P = (FS à ruptura = 2)
2
00,4110 =
A
= 2,00 tf/cm2
A = 55,00 cm2
Portanto, A = 73,48 cm2 (a maior, por que?).
Procurando numa tabela de perfis U, verificamos que o perfil mais leve que atende a esta área é
o U 10” × 29,8 kg/m (pág. 296 Walter Pfeif, Estruturas de aço, 7ª edição), com uma área de 2 × 37,9 =
75,8 cm
2
. Com este perfil, temos:
25
ft = 8,75
110 = 1,45 ≤ 1,50 tf/cm2 (Ok)
ft = 8,75
110 = 1,45 ≤ 2,00 tf/cm2 (Ok)
(c) Dimensionamentopor estado limite
A norma NBR 8800 considera as seguintes combinações de carga:
Carga base: Ocupação
Sd = 1,3 PP1 + 1,4 PP2 + 1,5 Ocup + 1,4 (0,6 Vnt)
Sd = 1,3 × 10 + 1,4 × 50 + 1,5 × 30 + 1,4 (0,6 × 20)
Sd = 144,80 tf
Carga base: Vento
Sd = 1,3 PP1 + 1,4 PP2 + 1,4 Vnt + 1,5 (0,65 Ocup)
Sd = 1,3 × 10 + 1,4 × 50 + 1,4 × 20 + 1,5 (0,65 × 30)
Sd = 140,25 tf
Portanto, Sd = 144,80 tf (a maior por que?).
Para peças tracionadas, a NBR 8800 considera a resistência ao escoamento e à ruptura. Na condição
mais econômica, a resistência de projeto deve ser igual à solicitação de projeto, isto é, Rd = Sd
Dimensionamento ao escoamento:
Rd = φtAfy (φt = 0,90)
144,80 = 0,90 × A × 2,50
A = 64,36 cm2
Dimensionamento à ruptura:
Rd = φt Afu (φt = 0,75)
144,80 = 0,75 × A × 4,00
A = 48,27 cm2
Portanto, A = 64,36 cm2 (a maior, por que?).
Procurando numa tabela de perfis U, verificamos que o perfil mais leve que atende a esta área é o
U 8”× 27,9 kg/m (pág. 296 Walter Pfeif, Estruturas de aço, 7ª edição), com uma área de 2 × 35,6 =
71,2 cm
2
. Com este perfil, temos:
Escoamento: Rd = 0,90 × 71,2 × 2,50 = 160,20 tf > Sd (Ok)
Ruptura: Rd = 0,75 × 71,2 × 4,00 = 213,60 tf > Sd (Ok)
Economia do dimensionamento por Estado Limite (LRFD ) em relação ao
dimensionamento por Tensões Admissíveis (ASD):
Critério Teórica Prática
LRFD 64,36 cm
2
27,9 kg/m
ASD 73,48 cm
2
29,8 kg/m
Economia 12,4% 6,4%
26
Exemplo 7 (deformação de terça de telhado): Uma terça de telhado de um edifício industrial, feita de
um perfil U 8” × 17,1 kg/m, de 6,00 m de comprimento, está submetida a uma sobrecarga acidental
uniforme de 75 kgf/m. Verifique se ela atende às condições da NBR 8800.
De acordo com o Anexo C da NBR 8800 (v. pág. 20), a flecha máxima admissível deve ser de
1/180 do vão:
δadm = 180
600 = 3,33 cm
A flecha de uma viga bi-apoiada sujeita a um carregamento uniforme é dada por
δ =
EI
qL
384
5 4
q = 75 kgf/m = 75 × 10−5 tf/cm (por que?)
L = 6 m = 600 cm
E = 2.100 tf/cm2
I = 1.356 cm4
δ =
356.1100.2384
)600(10755 45
××
××× −
δ = 0,44 cm < 3,33 cm
Como a flecha é inferior ao valor máximo admissível, o perfil U 8” × 17,1 kg/m atende à NBR 8800.
Exemplo 8 (deformação de coluna): Uma coluna de um galpão industrial, feita de um perfil I 15” ×
63,3 kg/m, de 8 m de altura, está submetida a uma carga de vento uniforme de 300 kgf/m. Verifique se
ela atende às condições da NBR 8800. Considere a coluna engastada na base e livre no topo.
De acordo com o Anexo C da NBR 8800, a flecha máxima admissível deve ser de 1/400 a
1/200 da altura. Vamos adotar o valor médio.
δadm = 300
800 = 2,67 cm
A flecha de uma coluna engastada na base sujeita a um carregamento uniforme é dada por
EI
qL
8
4
=δ
q = 300 kgf/m = 300 × 10−5 tf/cm (por que?)
L = 8 m = 800 cm
E = 2.100 tf/cm2
I = 18.580 cm4
580.18100.28
)800(10300 45
××
××=
−
δ
δ = 3,95 cm > 2,67 cm
Como a flecha é superior ao valor máximo admissível, o perfil I 15” × 63,3 kg/m não atende à NBR
8800.
27
2.0 Lançamento da estrutura metálica de um galpão:
2.1 Considerações gerais:
Galpões são, geralmente, construções de um pavimento com a finalidade de fechar e cobrir
grandes áreas, protegendo as instalações, os produtos armazenados ou fornecendo abrigo às condições
climáticas.
2.2 Partes componentes dos galpões metálicos:
28
Partes componentes dos galpões:
1 – tesoura (treliça) metálica;
2 – terça;
3 – esticadores;
4 – contraventamento horizontal;
5 – mão francesa;
6 – telha;
7 – coluna treliçada;
8 – base da coluna.
2.3 Treliça:
2.3 1 Definição:
As treliças são constituídas de segmentos de hastes, unidos em pontos denominados NÓS, onde
cada haste da treliça está sujeita a um esforço normal de tração ou de compressão.
2.3.2 Elementos que compõem a treliça:
1 – corda ou banzo superior;
2 – corda ou banzo inferior;
3 – treliçamento da alma à diagonais;
4 – treliçamento da alma à montantes.
2.3.3 Classificação das treliças:
As treliças podem ser classificadas quanto:
29
a) Configuração das cordas:
Treliça de corda trapezoidal:
Treliça de cordas paralelas:
Treliça triangular:
30
Tesoura atirantada com cordas retas:
Marquise dupla com cordas retas:
Marquise simples com corda reta:
31
Treliças semi-parabólicas:
I) Banzo superior semi-parabólico:
II)Banzo inferior semi-parabólico:
Treliças poligonais:
32
Arco atirantado simples:
Pórtico:
b) Treliçamento:
Treliçado Pratt ou N: As diagonais são tracionadas, os montantes comprimidos, corda
superior comprimida e corda inferior tracionada:
Viga:
33
Tesoura:
Marquise:
Treliçado Howe: As diagonais são comprimidas, os montantes tracionados, corda
superior comprimida e corda inferior tracionada:
Viga:
34
Tesoura:
Marquise:
Treliçado Warren ou V: A viga warren simples é formada por triângulos isósceles, sem
montantes verticais, quanto a distancia entre os nós ficas muito grande, colocam-se montantes:
Viga
35
Tesoura:
Treliçado em X ou cruz de Santo André:
2.3.4 Altura da treliça e dimensões dos painéis:
a) Viga:
Altura da viga H = L/20
Painel S = 0,8H à 1,2H; α = 40º a 50º
36
b) Tesoura:
Altura da tesoura H = L/10 à L/15
Paienl S = 0,5H à 2H
AlturaHo = L/40
c) Marquise:
Altura da tesoura H = L/10 à L/15
Painel S = 0,8H à 1,2H
Altura Ho = Lb/20
d) Tesoura com banzo superior semi-parabólico:
Altura da tesoura semi-parabólica
F = L/6, para telha fibrocimento
F = L/7, para telha de alumínio
raio R = 4H² + L²
8H
37
e) Arco parabólico:
Vão livre ≥ 30,00 m
Flecha
F = L/6 , para fibrocimento
F = L/7, para alumínio
Raio R = 4F² + L²
8F
Altura da alma h = L/60 à L/50
2.3.5 Espaçamento entre tesouras:
Espaçamento entre tesoura ou vão livre da terça é em torno de 5,0m à 6,0m.
2.3.6 Inclinação da coberta:
A inclinação da coberta depende do tipo de telha utilizado na cobertura.
Utilizando os seguintes tipos de chapas, onde a inclinação I% = 100 x tg α, tem-se:
38
a) Chapa de fibrocimento:
Inclinação recomendada para cobertura: 10º a 15º, com: recob. long. de 20 cm;
recob. lat. de 50 cm.
Inclinação de 5º à 10º, com: recob. long. de 25 cm;
recob. lat. de 23 cm (1 ¼ onda).
RECOBRIMENTO LONGITUDINAL 0,20 m
COMPRIMENTO LARGURA COMPRIMENTO ÁREA APOIOS APOIOS
(m) UTIL (m) UTIL (m) UTIL (m²) 6mm 8mm
0.91 1.05 0.71 0.75 2 2
1.22 1.05 1.02 1.07 2 2
1.53 1.05 1.33 1.40 2 2
1.83 1.05 1.63 1.71 2 2
2.13 1.05 1.93 2.03 3 2
2.44 1.05 2.44 2.35 3 3
3.05 1.05 2.85 2.99 3 3
3.66 1.05 3.46 3.63 3 3
39
b) Chapa de alumínio:
Telha trapezoidal:
Telha ondulada:
Comprimento util é o espaçamento entre terças;
Inclinação recomendada para cobertura: 5% (2,9º).TRAPEZOIDAL ONDULADA
ESPESSURA LARGURA COMPRIMENTO LARGURA COMPRIMENTO
(mm) UTIL (mm) UTIL (mm) UTIL (mm) UTIL (mm)
0,4 990 1390 998 1150
0,5 990 1500 998 1250
0,6 990 1620 998 1350
0,7 990 1800 998 1500
0,8 990 2000 998 1700
1,0 990 2350 998 1850
40
2.3.7 Seções usuais de vigas e tesouras treliçadas:
Cordas:
Índice de esbeltez para as cordas: corda comp λ ≤ 120
corda trac. λ ≤ 240 (AISC)
Montantes e diagonais (alma):
Indice de esbeltez para alma: Alma compr. λ ≤ 150
Alma trac. λ ≤ 300 (AISC)
41
2.3.4 Aplicação:
Aplicação – 01
Fazer a implantação de um galpão medindo 20x50 com as seguintes características:
Telha fibrocimento (110 x 183 cm) (v. pág. 37)
Inclinação mínima
Treliçamento montantes comprimidos
diagonais tracionadas
Espaçamento máximo
Solução:
1) Espaçamento, n.º de intervalos e n.º de tesouras.
- n.º de intervalos = C = 50,00 = 8,33 ∴ n.º de int.(n) = 9
emax 6,00
- novo espaçamento
(e) = C = 50,00
n° DE INT. 9
e = 5.556 m (espaçamento)
- n° de tesouras
n° TES. = n° DE INT. + 1
n° TES. = 9 + 1 = 10 tesouras
(v. pág. 36)
-
- +
42
2) Treliça
2.1) Forma
- vão livre da tesoura L = 20,00 → tesoura trapezoidal (L > 10,00) (v. pág. 28)
2.2) Altura / Inclinação. (v. pág. 35)
- onde : H = L à L ∴ H = 20,00 = 1,33 ∴ H = 1,35 m
10 15 15
Ho = L ∴ Ho = 20,00 = 0,50 ∴ Ho = 0,50 m
40 40
- Inclinação da coberta:
43
tg α = I% ; I% FIBRO-CIM MÍNINO = 5º ⇒ tg 5° = 0,087 (v. pág. 37)
100
- onde: Incl. Mín. = 5º, com recob. long. = 25 cm
- Inclinação da cobertura:
α = arctg H1 = arctg 0,85 = 4,85º < 5º → aumentar a altura
L/2 10,00 da tesoura
α = 5º ⇒ tg 5º = H1 ∴ H1 = 10,00 x tg 5º
L/2
H1 = 0,875 m
H = Ho + H1 = 0,50 + 0,875 ∴ H = 1,375 m
2.3) Painéis:
- espaçamento entre terças (S):
- telha de fibrocimento: L x C = 110 x 183 cm. (v. pág. 37)
como ∴ I = 5º→recob. Long. →25 cm; recob. lat. = 23 cm
comp. útil = 183 – 25 = 158 cm
larg. útil = 110 – 23 = 87 cm
logo:
S’ = 158 cm
S = S’ x cos α = 158 x cos 5º = 157,4 cm = 1574 mm Smax = 1574 mm
44
onde:
N.º de painéis = vão livre tes. = 20,00 = 12,706
S 1,574
adotar N.º de painéis = 14 (N.º par)
novo S = L = 20,00 = 1,429 cm ≈ 1,43 cm
N.º par 14
- verificação da inclinação das diagonais: (v. pág. 35)
S = 0,5H à 2H S = 0,5 x 937,5 ≅ 469
HMÉDIO = (500+1375)/2 = 937,5 S = 2 x 937,5 = 1875
(S = 1430)
2.4 Terça:
2.4.1 Definição:
São vigas colocadas na cobertura, situadas entre tesouras, com a finalidade de suportar as
chapas de cobertura.
2.4.2 Perfis usados:
45
2.4.3 Pré-dimensionamento:
Como caráter orientativo, podemos estabelecer para pré-dimensionamento a seguinte relação:
h = L à L ; flecha (AISC) f ≤ L _ (v. pág. 20)
40 60 360
As terças podem ser calculadas como viga continua ou bi-apoiadas. É comum, para diminuir o
vão da terça no sentido da menor inércia, a colocação de esticadores intermediários.
Diâmetro φTIRANTE = φ3/8’’; φ1/2’’; φ5/8’’
Perfil usado:
Esticadores:
(v. pág. 26)
46
Direção – maior inércia (Ix):
Direção – menor inércia (Iy)
A colocação de mão-francesa diminui o vão livre da terça, dando um travamento do banzo ou
corda inferior da treliça.
Perfil usado:
tesoura
47
2.5 Contraventamento da cobertura:
Esse contraventamento é usado para transmitir as cargas horizontais que atuam na cobertura,
por exemplo devido ao vento, para as colunas, sem causar flexão em torno do eixo de menor inércia da
tesoura.
Perfis usados:
Barras Redondas: φ1/2’’; φ5/8’’
Limite de esbeltez:
barras comprimidas λc < 200
barras tracionadas λt < 300
Galpão contraventado:
Contraventamento horizontal Contraventamento vertical
48
2.6 Calha:
As calhas e os tubos de descida de águas pluviais têm como finalidade o escoamento das águas
da chuva que caem sobre o telhado (cobertura).
2.6.1 Material empregado:
Chapa zincada, alumínio, PVC, fibrocimento.
Inclinação da Calha: no mínimo 0,5%
Seção da calha:
2.6.2 Tubos:
Os tubos de descida são: PVC, chapa zincada, fibrocimento, aço com costura.
Diâmetros mais comuns: 75mm, 90, 100, 125, 150, 200, 250, 300.
2.6.3 Dimensionamento:
a) Método teórico:
Para dimensionar calhas e tubos de descida são necessários os seguintes dados:
49
a.1) Calhas:
Velocidade de escoamento em função da declividade “d”. d = 0,5% = 0,005 m/m
Temos:
Q = A x I l / s → p/ A = 1m²
3600
Onde:
Q → vazão através da calha, que depende da área “A” da cobertura em planta;
I → intensidade da chuva, I = 100 mm/h à 150 mm/h.
Logo: ___
Q = i . S (Rh) . 22/3 . √ d (m³/s)
n
Onde:
n → coeficiente que depende da superfície da calha, n = 0,011 (para superfície lisas
metálicas);
Rh → S ( raio hidráulico);
P
S → área de seção transversal da calha;
P → perímetro molhado da calha;
d → declividade.
a.2) Tubos de descida:
Q = C . S . Hn
Onde:
Q → vazão m³/s;
C → coeficiente variável 0,3 a 0,7;
S → área do tubo m²; _____
Hn → carga hidráulico = √2g . h
b) Método prático:
b.1) Calha:
Considera-se que a seção útil de cada calha (Sc) tenha 2 cm² por m² de telhado em planta, com
inclinação de 0,5% a 1%.
Sc (cm²) = 2 . A (m²)
b.2) Tubos de descida:
Considera-se que a seção do tubo de descida (St) tenha 1 cm² por m² de telhado em planta.
St (cm²) = A (m²) ________ __
π x D² = A ∴ D = √(4 . A)/ π = 1,13 √ A
4
50
MÉTODO PRÁTICO
- CALHA
Para Sc (cm2) = 2 x A (m²); A = {[(20x50)/2]/2} = 250 m²
Sc = 2 x 250 = 500 cm²
Como Sc = a x h = 2h x h = 500 ∴ h = 15,8
hADOTADO = 20 cm
a = 2h = 2 x 20 = 40 cm
Sc = 40 x 20 = 800 cm²
TUBO DE DESCIDA
St (cm²) = A (m²)
St = 250 cm² = π x D² ∴ D = 17,8 cm = 178 mm
4 DADOTADO = 200 mm
Obs. : para diminuir o diâmetro do tubo, utiliza-se a caixa de pressão:
______
Onde: D = 2√A . √h
51
3.0 Avaliação das cargas:
Os galpões industriais estão sujeitos a um conjunto de cargas que atuam ora isoladamente, ora
em combinações com outras.
Divisão das cargas:
3.1 Carga permanente (G):
É formada pelo peso próprio de todos os elementos constituintes da estrutura.
Divisão da carga permanente (G):
a) Peso próprioda treliça (G1);
b) Peso próprio da terça (G2);
c) Peso próprio da cobertura (G3);
d) Peso próprio da área forrada (G4).
Onde: G = G1 + G2 + G3 + G4 ( kgf / m²)
3.1.1 Peso próprio da treliça (G1):
G1 = Ptrel (kgf / m²)
Ainftrel
Onde:
Ptrel →peso da treliça; Ptrel = (ΣD x C) x PCH;
C → comprimento total das hastes;
PCH → peso próprio da chapa ( kgf / m²)
D → desenvolvimento dos perfis de chapa dobrada a quente;
Ainf →área de influencia da treliça
a) Desenvolvimento da chapa dobrada:
Raio da dobra interna r = 1,0 à 1,5 t
D = a + b + c (medidas internas)
D = A + B + C – 2 x nº DOBRAS x t
52
Obs.: ao dimensionar um perfil da chapa dobrada, procurar fazer com que a largura da chapa
desenvolvida seja múltiplo da largura da chapa comercial descontado 15 a 25 mm.
Logo: h = Largura da chapa – 20 ( n.º inteiro)
D
b) Área de influência da tesoura:
Ainf.TES02 = e x (L + 2bo)
Ainf.TES01 = ( e + b1) x (L + 2bo)
2
3.1.2 Peso próprio das terças, esticadores e mãos-francesas (G2):
Onde: G2 = Gter + Gest + GMF
a) Peso próprio das terças (Gter):
Gter = Pter ; (kgf / m²)
Ainf
Onde:
Pter → peso total da terça (kgf);
Pter = D x C x PCH
C = 1,0 m
D → desenvolvimento da chapa dobrada;
PCH peso próprio da chapa (kg / m²)
Ainf →área de influência da terça.
53
AinfTERÇ. A = C x S ∴ C = 1,0m
b) Peso próprio dos esticadores (Gest):
Gest = Pest ; (kgf / m²)
Ainf
Onde:
Pest = S’ x pBARRA; pBARRA = peso linear da barra
Ainf = e + e x S
3 6
c) Peso próprio da mão-francesa (GMF):
GMF = PMF ; (kgf / m²)
Ainf
Onde:
PMF = C x D x pCH
Ainf = e x S
2
S
S’
54
3.1.3 Peso próprio da cobertura (G3):
G3 = Gtel + GCH
Onde:
Gtel → peso próprio da telha;
GCH → peso próprio dos contraventamentos horizontais.
a) Peso próprio da telha (Gtel):
a.1) Telha de alumínio:
ESPESSURA TRAPEZOIDAL ONDULADA
(mm) (kg / m²) (kg / m²)
0.4 1.28 1.21
0.5 1.60 1.51
0.6 1.93 1.82
0.7 2.25 2.12
0.8 2.57 2.42
1.0 3.20 3.02
) α
1.cos α
1
ou
55
a.2) Telha fibrocimento:
Para efeito de cálculo da estrutura, deve-se considerar os seguintes valores:
- telha com esp. de 6 mm → 18 kg / m²
- telha com esp. de 8 mm → 24 kg / m²
b) Peso próprio dos contraventamentos horizontais (GCH):
GCH = C x pBARRA
Ainf
Onde:
C → comprimento total dos CH;
p → peso linear da barra;
Ainf = e x L
3.1.4 Peso próprio da área forrada (G4):
G4 = GFOR. + Glum. + GDUTOS + GP est
a) Peso do forro (GFOR.): γGESSO = 1300 kg / m³
b) Peso das luminárias (Glum.): Glum. = 3,0 à 5,0 kg / m²
c) Peso dos dutos para ar condicionado (GDUTOS): GDUTOS = 10 kgf / m²
E PLACAS PARA FORRO
MATERIAL DIMENSÕES Peso kgf / m²
Gesso 600 x 600 x 15 20 a 27
Eucatex 600 x 600 x 19 5.1
PVC 500 x 11000 x 17 2.0
Rígido
Paraline Aço 9.0
56
d) Peso próprio da estrutura (GPest): GP est = Peso (kg)
Ainf (m²)
3.1.5 Aplicação:
Determine a carga permanente (G) para a estrutura metálica.
Solução:
1) CARGA PERMANENTE (G):
G = G1 + G2 + G3 + G4
22,00m
5,
00
0
5,
00
0
5,
00
0
57
1.1) PESO PRÓPRIO DA TRELIÇA (G1):
G1 = Ptrel = (ΣD x C) x PCH
ΣC x D = 43,274 x 0,148 + 37,308 x 0,132
ΣC x D = 11,329
Ainftrel(2) = 5,000 x 22,000 = 110,00 m²
Pchapa = 23,60 kg / m² (v. pág. 8)
t = 3,0(#11)
Logo:
(*) 100-b 2 x dobras(2) x espessura t (3) = 12
30-a
30-c
160
-12
148 mm = 0,148 m
X2
HASTE PERFIL C (m) D (m) n
1-.7 [ 100 x 30 x 3 10.837 0.148(*) x2
8-.14 [ 100 x 30 x 3 10.8 0.148
1-.9 [ 94 x 25 x 3 1.879 0.132
2-.10 [ 94 x 25 x 3 1.928 0.132
3-.11 [ 94 x 25 x 3 1.986 0.132
5-.11 [ 94 x 25 x 3 2.131 0.132
6-.12 [ 94 x 25 x 3 2.215 0.132
7-.13 [ 94 x 25 x 3 2.305 0.132
1-.8 [ 94 x 25 x 3 0.54 0.132
2-.9 [ 94 x 25 x 3 0.69 0.132
3-.10 [ 94 x 25 x 3 0.84 0.132
4-.11 [ 94 x 25 x 3 0.99 0.132
5-.12 [ 94 x 25 x 3 1.14 0.132 x2
6-.13 [ 94 x 25 x 3 1.29 0.132 x2
7-.14 [ 94 x 25 x 3 1.44 0.132 x1
ΣC xD = 11,329 m²
58
G1 = (ΣD x C) x PCH = 11,329 x 23,60 =
Ainftrel(2) 110,00
G1 = 2,431 Kgf / m² → proj. horiz.
1.2) PESO PRÓPRIO DAS TERÇAS, ESTICADORES, MÃOS-FRANCESAS (G2):
G2 = Gter + Gest. + GMF
a) Peso próprio das terças (Gter):
Gter = Pter _
AinfTer
Onde:
Pter = D x C x PCH
D = 100 + 50 x 2 +17 x 2 – 2 x 4 x 3
D = 210 mm
C = 1,00 m
PCH11 = 23,60 kg / m²
Ainf = 1,0 x 1,80 m²
Logo:
Gter = 0,210 x 1,0 x 23,60
1,8
Gter = 2,75 kg / m²
59
b) Peso próprio esticadores (Gest.):
Gest. = Pest.; φest. = ½ ′′
Pest. = S’ x pBARRA; __________
S’ = √1,8² + 0,15²
S’ = 1,806 m
pBARRAφ1/2′′ = 0,99 kg / m (v. pág. 7)
Pest. = 1,806 x 0,99 = 1,79 kg
Ainf = ( e + e )x S = ( 5,0 + 5,0 ) x 1,8 = 4,50 m²
3 6 3 6
Gest. = 1,79 = 0,40 kg / m²
4,50
c) Mão-francesa (GMF):
GMF = PMF = D x C x PCH
AinfMF AinfMF
Ainf = S x e = 1,8 x 5,0 = 4,5 m²
2 2
_
C = √0,99² + 0,99² = 1400 m
D = 40 x 2 – 2 x 1 x 3 = 74 mm = 0,074 m
Temos:
GMF = 0,074 x 1,40 x 23,60 = 0,54 kg / m²
4,50
Logo:
60
G2 = Gter + Gest. + GMF
G2 = 2,75 + 0,40 + 0,54
G2 = 3,69 kg / m² → proj. horiz.
1.3) PESO PRÓPRIO DA COBERTURA (G3):
G3 = Gtel + GCONT. HORIZ.
a) Peso próprio da telha (Gtel):
telha de alumínio
trapezoidal (0,7 mm) → G`tel = 2,25 kg / m² (v. pág. 53)
proj. incl.
Gtel = G`tel/cos α
b) Peso próprio dos contraventamento horizontal (GCONH):
GCONH = C x pBARRA;
Ainf
Ainf = 5 x 22,0 = 110m²
pBARRA φ ½′′ = 0,99 kg / m
________
C = 4 x 2 x √ 5² + ( 10,837 )² = 58,98 m
2
GCONH = 58, 98 x 0,99 = 0,53 kg / m²
110,0
Temos:
G3 = Gtel + GC.H. = 2,25/cos α + 0,53 = 2,25/0998 + 0,53 ≅ 2,25 +0,53 =
= 2,78
G’3 = 2,77 kg / m² → proj. incl.
G3 = G’3 = G’3 = 2,78 ⇒ G’3 = 2,78 x 0,998 ≅ 2,77
cos α 0,998
α = arctg (0,05) = 2.862º ⇒ cos α = 0,998
G3 = 2,78 kg / m² → proj. horiz.
Obs.: I% = 100 tg α
61
1.4) PESO DA LUMINÁRIA (G4):
G4 = Glum. = 3,0 kg / m²
1.5) CARGA PERMANENTE (G):
G = G1 + G2 + G3 + G4
G = 2,43 + 3,69 + 2,78 + 3,00 ∴ G = 11,90 Kg / m²
1.6) CARGAS CONCENTRADAS NOS NÓS DA TRELIÇA:
Pkgf = G(kgf / m²) x Ainf NÓ
P = 11,90 x 5,0 x 1,8 = 107,1 ≅ 101 Kgf
P’ = 11,90 x 5,0 x 1,8 + 0,20 = 65,45 ≅ 65,5 Kgf
2
62
3.2 Carga acidental (Q):
3.2.1. Classificação da carga acidental:
a) Sobrecarga;
b) Ação do vento.
3.2.2. Sobrecarga (Qs):
São as cargas que podem atuar ou não na estrutura. Em geral, em edifícios leves, fora de zonas
de acúmulo de poeira, adota-se para sobrecarga na cobertura em torno de 10 à 15 kgf / m², para cobrir
chuvas, etc,; e para galpões em zonas siderúrgicas adota-se um mínimo de 50 kgf/m2.
A NBR-6120/80 (2.2.14) preconiza para elementos isolados como terças e banzos superiores de
treliça, uma carga concentrada na posição mais desfavorável, em torno de 100kgf, equivalente ao peso
de uma pessoa.
Obs.: A NBR-8800 (B-3.6.1) prevê Qs = 25 kgf/m2 para coberturas comuns não sujeitas a acúmulos
de quaisquer materiais, mas deixa uma abertura para redução desse valor.
63
3.2.3. Ação do vento (Q) → NORMA NB – 599 / 1987:
A ação do vento sobre a estrutura será calculada de acordo com a NBR 6123.
a) Pressão dinâmica (q): A pressão dinâmica depende essencialmente da velocidade “Vo” do
vento e dos fatores que influenciam.
q = Vk² kgf/m² ou q = 0,613 Vk² N/m²
16
Vk (m / s) é a velocidade característica do vento, temos:
Vk = Vo x S1 x S2 x S3
Onde: Vo → velocidade básica do vento;
S1 → fator topográfico;
S2 → fator de rugosidade;
S3 → fator estatístico.
b) Velocidade básica do vento (Vo): Velocidade de uma rajada de três segundos de duração em
um período de 50 anos, a 10m de altura, em campo aberto e plano.
Isopletas dos ventos no Brasil segundo a NBR 6123 (V0 em m/s):
64
c) Fator topográfico S1: O fator topográfico S1 leva em consideração as grandes variações na
superfície do terreno.
Casos:
c.1) Terreno plano ou fracamente acidentado: S1 = 1,0
c.2) Taludes e morros:
Nos Pontos A, C → S1 = 1,0
No ponto B:
se θ ≤ 3º
S1(z) = 1,0
se 6º ≤ θ ≤ 17º
S1(z) = 1,0 + 2,5 – z x tg(θ – 3º) ≥ 1,0
d
se θ ≥ 45º
S1(z) = 1,0 + 2,5 – z x 0,31 ≥ 1,0
d
Interpolar linearmente para 3º < θ < 6º e 17º < θ < 45º
Entre A e B e entre B e C o fator S1 é obtido por interpolação linear.
c.3.) Vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção: S1 = 0,9
65
d) Fator de rugosidade S2: O fator S2 considera o efeito combinado da rugosidade do terreno,
dimensões da edificação e altura acima do terreno.
d.1) Quanto à rugosidade:
Categoria I → superfície lisas de grandes dimensões, com mais
de 5 km de extensão, medidas na direção e no sentido do vento
incidente.
Ex.: mar calmo, lagos, rios e pântanos sem vegetação.
Categoria II → terrenos abertos em nível ou aproximadamente
em nível, com poucos obstáculos isolados, como árvores e edificações
baixas.
Ex.: zonas costeiras planas, pântanos com vegetação rala, campos
de aviação.
A cota media do topo dos obstáculos é de até 1,0 m.
Categoria III → terrenos planos ou ondulados com obstáculos
como sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações
baixas e esparsas.
Ex.: granjas e casas de campo, fazendas, subúrbios a considerável
distância do centro, com casas baixas e esparsas.
A cota media do topo dos obstáculos é de até 3,0 m.
Categoria IV → terrenos cobertos por obstáculos numerosos e
pouco espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizado.
Ex.: zonas de parques e bosques com muitas árvores, cidades
pequenas e seus arredores, subúrbios densamente construídos de grande
cidades, áreas industriais plenas ou parcialmente desenvolvidas.
A cota media do topo dos obstáculos é de até 10,0 m.
Categoria V → terrenos cobertos por obstáculos numerosos,
grandes, altos e pouco espaçados.
Ex.: florestas com árvores altas, centros de grandes cidades,
complexos industriais bem desenvolvidos.
A cota media do topo dos obstáculos iguais ou superiores a
25,0m.
d.2) Quanto as dimensões da edificação:
Classe A → todas as unidades de vedação, seus elementos de
fixação e peças individuais da estrutura sem vedação e toda edificação
na qual a maior dimensão horizontal ou vertical não exceda 20 metros.
Classe B → toda edificação ou parte de edificação para a qual a
maior dimensão horizontal ou vertical esteja entre 20 e 50 metros.
Classe C → toda edificação ou parte de edificação para a qual a
maior dimensão horizontal ou vertical exceda 50 metros.
66
Fator S2 – Rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura acima do terreno:
Categoria
I II III IV V
Classe Classe Classe Classe Classe
h
(m)
A B C A B C A B C A B C A B C
≤5 1,06 1,04 1,01 0,94 0,92 0,89 0,83 0,86 0,82 0,79 0,76 0,73 0,74 0,72 0,67
10 1,10 1,09 1,06 1,00 0,98 0,95 0,94 0,92 0,88 0,86 0,83 0,80 0,74 0,72 0,67
15 1,13 1,12 1,09 1,04 1,02 0,99 0,98 0,96 0,93 0,90 0,88 0,84 0,79 0,76 0,72
20 1,15 1,14 1,12 1,06 1,04 1,02 1,01 0,99 0,96 0,93 0,91 0,88 0,82 0,80 0,76
30 1,17 1,17 1,15 1,10 1,08 1,06 1,05 1,03 1,00 0,98 0,96 0,93 0,87 0,85 0,82
40 1,20 1,19 1,17 1,13 1,11 1,09 1,08 1,06 1,04 1,01 0,99 0,96 0,91 0,89 0,86
50 1,21 1,21 1,19 1,15 1,13 1,12 1,10 1,09 1,06 1,04 1,02 0,99 0,94 0,93 0,89
60 1,22 1,22 1,21 1,16 1,15 1,14 1,12 1,11 1,09 1,07 1,04 1,02 0,97 0,95 0,92
80 1,25 1,24 1,23 1,19 1,18 1,17 1,16 1,14 1,12 1,10 1,08 1,06 1,01 1,00 0,97
100 1,26 1,26 1,25 1,22 1,21 1,20 1,18 1,17 1,15 1,13 1,11 1,09 1,05 1,03 1,01
120 1,28 1,28 1,27 1,24 1,23 1,22 1,20 1,20 1,18 1,16 1,14 1,12 1,07 1,06 1,04
140 1,29 1,29 1,28 1,25 1,24 1,24 1,22 1,22 1,20 1,18 1,16 1,14 1,10 1,09 1,07
160 1,30 1,30 1,29 1,27 1,26 1,25 1,24 1,23 1,22 1,20 1,18 1,16 1,12 1,11 1,10
180 1,31 1,31 1,31 1,28 1,27 1,27 1,26 1,25 1,23 1,22 1,20 1,18 1,14 1,14 1,12
200 1,32 1,32 1,32 1,29 1,28 1,28 1,27 1,26 1,25 1,23 1,21 1,20 1,16 1,16 1,14
250 1,34 1,34 1,33 1,31 1,31 1,31 1,29 1,28 1,27 1,25 1,23 1,20 1,20 1,20 1,18
300 1,34 1,33 1,33 1,32 1,32 1,31 1,29 1,27 1,26 1,23 1,23 1,22
350 1,34 1,34 1,33 1,32 1,30 1,29 1,26 1,26 1,26
400 1,34 1,32 1,32 1,29 1,29 1,29
420 1,35 1,35 1,33 1,30 1,30 1,30
450 1,32 1,32 1,32
500 1,34 1,34 1,34
e) Fator estatístico S3:
Grupo 1 → S3 = 1,10
Edificações cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou
possibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade destrutiva
(hospital, quartéis de bombeiros e forças de segurança, centrais de
comunicações, etc.).
Grupo 2 → S3 = 1,0
Edificações para hotéis e residências.
Edificações para comércio e indústria com alto fator de
ocupação.
Grupo 3 → S3 = 0,95
Edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação
(depósitos, silos, construções rurais, etc.).
Grupo 4 → S3 = 0,88
Vedações (telhas, vidros, painéis de vedação, etc.).
67
Grupo 5 → S3 = 0,83
Edificações temporárias. Estruturas dos grupos 1 a 3 durante a
construção.
f) Definições:
f.1) Barlavento:
Região de onde sopra o vento, em relação à edificação.
f.2) Sotavento:
Região oposta aquela de onde sopra o vento, em relação à edificação.
f.3) Sobrepressão:
Pressão efetiva acima da pressão atmosférica de referencia (sinal
positivo).
f.4) Sucção:
Pressão efetiva abaixo da pressão atmosférica de referencia (sinal
negativo).
Pressões internas:Barlavento Sotavento
68
Em planta:
Onde : cpi → coeficiente de pressão interna;
cpi = ∆Pi; ∆Pi → pressão efetiva interna
q ; q → pressão dinâmica
Pressões externas:
69
Onde: cpe → coeficiente de pressão externa cpe = ∆pe;
q
∆pe → pressão efetiva externa;
q →pressão dinâmica.
g) Tabelas:
Tabela 4 – coeficientes de pressão cpe e de forma Ce externos, para paredes de edificações de planta
retangular.
Ce
α = 0° α =90° Altura relativa Proporção
em planta
(a ≥ b)
A1 e
B1
A2 e
B2
C D A B C1 e D1
C2 e
D2
cpe
médio
1 ≤ a/b ≤ 3/2
−0,8 −0,5 +0,7 −0,4 +0,7 −0,4 −0,8 −0,4 −0,9
2 ≤ a/b ≤ 4
−0,8 −0,4 +0,7 −0,3 +0,7 −0,5 −0,9 −0,5 −1,0
1 ≤ a/b ≤ 3/2
−0,9 −0,5 +0,7 −0,5 +0,7 −0,5 −0,9 −0,5 −1,1
2 ≤ a/b ≤ 4
−0,9 −0,4 +0,7 −0,3 +0,7 −0,6 −0,9 −0,5 −1,1
1 ≤ a/b ≤ 3/2
−1,0 −0,6 +0,8 −0,6 +0,8 −0,6 −1,0 −0,6 −1,2
2 ≤ a/b ≤ 4
−1,0 −0,5 +0,8 −0,3 +0,8 −0,6 −1,0 −0,6 −1,2
h/b ≤ ½
h
b
y
y
½ < h/b ≤ 3/2
h
b
y
3/2 < h/b ≤ 6
h
b
70
Notas:
a) Para 3/2 < a/b < 2, interpolar linearmente;
b) Para vento a 0°, nas partes A3 e B3, adotar para o coeficiente de forma Ce:
quando a/b = 1, o mesmo valor de A2 e B2;
quando a/b ≥ 2, Ce= −0,2;
quando 1 < a/b < 2, interpolar linearmente.
Tabela 5 – coeficientes de pressão cpe e de forma Ce externos, para telhados com duas águas de
edificações de planta retangular (a ≥ b).
Ce cpe médio
α = 90° α = 0° Altura relativa θ (°) EF GH EG FH
0 −0,8 −0,4 −0,8 −0,4 −2,0 −2,0 −2,0
5 −0,9 −0,4 −0,8 −0,4 −1,4 −1,2 −1,2 −1,0
10 −1,2 −0,4 −0,8 −0,6 −1,4 −1,4 −1,2
15 −1,0 −0,4 −0,8 −0,6 −1,4 −1,2 −1,2
20 −0,4 −0,4 −0,7 −0,6 −1,0 −1,2
30 0 −0,4 −0,7 −0,6 −0,8 −1,1
45 +0,3 −0,5 −0,7 −0,6 −1,1
60 +0,7 −0,6 −0,7 −0,6
−1,1
0 −0,8 −0,6 −1,0 −0,6 −2,0 −2,0 −2,0
5 −0,9 −0,6 −0,9 −0,6 −2,0 −2,0 −1,5 −1,0
10 −1,1 −0,6 −0,8 −0,6 −2,0 −2,0 −1,5 −1,2
15 −1,0 −0,6 −0,8 −0,6 −1,8 −1,5 −1,5 −1,2
20 −0,7 −0,5 −0,8 −0,6 -1,5 −1,5 −1,5 −1,0
30 −0,2 −0,5 −0,8 −0,8 -1,0 −1,0
45 +0,2 −0,5 −0,8 −0,8
60 +0,6 −0,5 −0,8 −0,8
0 −0,8 −0,6 −0,9 −0,7 −2,0 −2,0 −2,0
5 −0,8 −0,6 −0,8 −0,8 −2,0 −2,0 −1,5 −1,0
10 −0,8 −0,6 −0,8 −0,8 −2,0 −2,0 −1,5 −1,2
15 −0,8 −0,6 −0,8 −0,8 −1,8 −1,8 −1,5 −1,2
20 −0,8 −0,6 −0,8 −0,8 −1,5 −1,5 −1,5 −1,2
30 −1,0 −0,5 −0,8 −0,7 −1,5
40 −0,2 −0,5 −0,8 −0,7 −1,0
50 +0,2 −0,5 −0,8 −0,7
60 +0,5 −0,5 −0,8 −0,7
θ
b
h
h/b ≤ ½
θ
b
h
½ < h/b ≤ 3/2
θ
b
h
3/2 < h/b ≤ 6
71
Notas:
a) x = Máx (b/3; a/4), porém x ≤ 2h
b) y = Mín (h; 0,15b)
c) O valor de Ce na face inferior do beiral
é igual ao da parede correspondente
d) Nas zonas em torno de partes salientes
do telhado (chaminés, reservatórios, torres, etc.), Ce= −1,2.
e) Na cobertura de lanternins, cpe médio= −2,0.
f) Para vento a 0°, nas regiões I e J, Ce=:
quando a/b = 1, o mesmo valor das regiões F e H;
quando a/b ≥ 2, Ce= −0,2;
quando 1< a/b < 2, interpolar linearmente.
g) Para vento a 90°, considerar simetria nas regiões I e J
Tabela 6 – coeficientes de pressão cpe e de forma Ce externos, para telhados com água, em edificação
de planta retangular, com h/b <2.
Valores de Ce para ângulos de incidência do vento
90º (c) 45º 0º -45º -90º
θº H L H L H/L (a) H/L (b) H L H L
5º -1.0 -0.5 -1.0 -0.9 -1.0 -0.5 -0.9 -1.0 -0.5 -1.0
10º -1.0 -0.5 -1.0 -0.8 -1.0 -0.5 -0.8 -1.0 -0.4 -1.0
15º -0.9 -0.5 -1.0 -0.7 -1.0 -0.5 -0.6 -1.0 -0.3 -1.0
20º -0.8 -0.5 -1.0 -0.6 -0.9 -0.5 -0.5 -1.0 -0.2 -1.0
25º -0.7 -0.5 -1.0 -0.6 -0.8 -0.5 -0.3 -0.9 -0.1 -0.9
30º -0.5 -0.5 -1.0 -0.6 -0.8 -0.5 -0.1 -0.6 0.0 -0.6
Cpe MEDIO
θº H1 H2 L1 L2 He Le
5º -2.0 -1.5 -2.0 -1.5 -2.0 -2.0
10º -2.0 -1.5 -2.0 -1.5 -2.0 -2.0
15º -1.8 -0.9 -1.8 -1.4 -2.0 -2.0
20º -1.8 -0.8 -1.8 -1.4 -2.0 -2.0
25º -1.8 -0.7 -0.9 -0.9 -2.0 -2.0
30º -1.8 -0.5 -0.5 -0.5 -2.0 -2.0
y
E
F
G
H
J I
y
y
α
b
a
x
θ
h
≤ 0,1b
72
Notas:
a) até uma profundidade igual a b/2
b)de b/2 até a/2
c) considerar valores simétricos do outro lado do eixo de simetria paralelo ao vento
para vento α = 0º
quando a/b = 1 → mesmo valor H/L
quando a/b = 2 →ce = -0,2
Tabela 16 – coeficiente de força (cf) para muros e placas retangulares.
Placas de extremidade ou paredes
Onde: F = cf x q x A
A = L x h = Área da face
cf = coeficiente de força
L = comprimento do muro ou placa
h = altura do muro ou placa
(*) = afastamento do solo
L/h ≤ 60 (s/ placas de ext.)
L/h< 10 (c/ placas de ext.) L/h = 10 L/h = 1,0
F c F F
c c
vk α vk α vk
α = 90º c = 0,50 α = 50º c = 0,31 α = 40º c = 0,41
L L h
h h
≥ 0,25h (*) ≥ 0,25h L ≥ 0,25h
a = 90º cf = 2,0 α = 90º cf = 1,3 α = 90º cf = 1,15
α = 50º cf = 1,6 α = 40º cf = 1,8
α = 90º cf = 1,2 α = 90º cf = 1,2 α = 90º cf = 1,1
α = 50º cf = 1,5 α = 40º cf = 1,5
73
Tabela 17 – coeficiente de pressão em coberturas isoladas a uma água plana
- “coberturas isoladas”
condições: h ≥ 0,5L2
Tabela 18 – coeficiente de pressão em coberturas isoladas a duas águas planas e simétricas
Condição: h ≥ 0,5L2
Notas:
1) Abas paralelas à direção do vento
Fat = 0,05 q.Ae
2) Quando h < 0,5L2 → cpi = +0,8 (sotavento); -0,3 (barlavento)
3) Vento paralelo à geratriz da cobertura
Fat = 0,05 q.a.b (força de atrito)
4) Cada elemento de vedação → cp = ± 2,0
5) Considerar as forças horizontais devidas à ação de vento sobre as bordas da cobertura
F = 1,3.q.Ar (aba de barlavento)
F= 0,8.q.Ar (aba sotavento)
6) Ae = área da água da cobertura
VENTO 1º CARREGAMENTO 2º CARREGAMENTO
0 ≤ tg θ ≤ 0,7 0 ≤ tg θ ≤ 0,2 0,2 ≤ tg θ ≤ 0,3
2.0 2.0 6 - 20tg θ
θ tg θ tg θ
L2 0,6 - 2tg θ
0,6 - 2tg θ
tg θ tg θ
2.0 2.0
6 - 20tg θ
C o e f i c i- 1º C A R R E G A M E N T O 2º C A R R E G A M E N T O
e n t e s 0,07 ≤ tg θ ≤ 0,4 0,4 ≤ tg θ ≤ 0,6 0,07 ≤ tg θ ≤ 0,4 0,4 ≤ tg θ ≤ 0,6
c p b 2,4 tg θ + 0,6 2,4 tg θ + 0,7 ≤ 2,0 0,6 tg θ - 0,74 6,5 tg θ - 3,1
c p s 3,0 tg θ - 0,5 0.7 -1.0 5,0 tg θ - 3,0
s e n t i d o s p o s i t i v o s d o s c o e f i c i e n t e s d e p r e s s ã o
c p b c p s θ
θ
+
L 2 h cp b + c p s h
Vento
Vento
74
Coberturas Curvas
Vento paralelo à geratriz da cobertura Vento perpendicular à geratriz da cobertura
75
Tabela 24 – coeficiente de pressão externa cpe, para vento soprando perpendicularmente à geratriz da
cobertura.
Tabela 25 – coeficientes de pressão externa cpe, para vento soprando paralelamente à geratriz da
cobertura
Tabela 26 – coeficiente de pressão externa cpe, para vento soprando obliquamente à geratriz da
cobertura
f/L2 h/L2 cpe PARA A PARTE
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
0.0 0.3 -0.3 -0.6 -0.7 -0.6 -0.2
1/.8 -0.5 -0.5 -0.7 -0.7 -0.5 -0.2
1/.5 1/.4 -0.9 -0.6 -0.8 -0.8 -0.4 -0.2
1/.2 -1.2 -0.7 -0.9 -0.8 -0.3 -0.2
1.0 -1.4 -0.8 -0.9 -0.9 -0.4 -0.4
5.0 -1.8 -1.0 -1.1 -1.2 -0.8 -0.7
1/.8 -1.0 -0.4 -0.4 -0.4 -0.4 -0.3
1/.10 1/.4 -1.2 -0.5 -0.4 -0.4 -0.4 -0.3
1/.2 -1.5 -1.0 -0.7 -0.5 -0.4 -0.3
1.0 -1.6 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.3
PARTE DA COB. A1 D1
cpe -1.8 -1.8
PARTE DA COB. A1+ A2 B C D1 + D2
cpe -0.8 -0.6 -0.3 -0.2
76
h) Coeficientes de pressão interno:
Para edificações com paredes internas permeáveis a pressão interna pode ser considerada
uniforme.
a) Quanto ao nº de faces impermeáveis:
a.1) Construção com duas faces opostas igualmente permeáveis e as outras faxes
impermeáveis:
a.1.1) Para vento perpendicular a uma face permeável:
a.1.2) Para vento perpendicular a uma face impermeável:
a.2) Construções com quatro faces igualmente permeáveis:
(*) considerar o mais nocivo
77
a.3) Construções com quatro faces igualmente impermeáveis:
b) Quanto a abertura dominante:
b.1) Abertura dominante na face de barlavento
Temos:
cpi = f (Ad/As)
onde :
Ad → área de todas as aberturas na face de barlavento;
As → área total das aberturas em todas as faces (parede e cobertura) submetida a sucção
externa.
Ad/As cpi
1.0 0.1
1.5 0.3
2.0 0.5
3.0 0.6
≥ 6,0 0.8
78
b.2) Abertura dominante na face sotavento:
temos:
cpi = ce → Adotar o valor do coeficiente de forma externo (ce), correspondente a esta face
(tabela 4)
b.3) Abertura dominante situada em face paralela à direção do vento:
b.3.1) Abertura fora da zona de alto valor de cpe:
cpi =ce → Adotar o valor do coeficiente de forma externo (ce), correspondente ao local de
abertura nesta face (tabela 4).
79
b.3.2) Abertura dominante situada em zona de alta sucção externa:
onde: cpi = f (Ad/As)
Ad → Área de abertura dominante;
As → Área total das outras aberturas situadas nas faces com sucção externa.
c) Quando houver probabilidade desprezÍvel de ocorrência de uma abertura dominante durante
a ocorrência de ventos fortes, tomar o mais nocivo dos dois valores:
cpi = -0,20 ou cpi = 0
Ad/As cpi
<0,25 -0.40
0.50 -0.50
0.75 -0.60
1.00 -0.70
1.50 -0.80
≥ 3,00 -0.90
80
4.0 Peças tracionadas:
4.1 Modos de falha de peça tracionada com furos:
De quantos modos esta barra pode romper (com furação em ziguezague ou enviesada)?
4.2 Diâmetro efetivo de furo:
Como chapas são furadas para conexão com parafusos? Por puncionamento (mais econômico)
ou por broqueamento
t
b
Diâmetro do parafuso: d
Folga de montagem = 1,5 mm
(NBR 8800, seção 5.1.1.2)
Bordas danificadas = 2 mm
(NBR 8800, tabela 16)
Diâmetro efetivo do furo: dEf
dEf = d + 3,5 mm
dEf = d + 0,35 cm
T T
1
2
3 4
T T
1
2
3 4
T T
1
2
3 4
T T
1
2
3 4
Opção 1:
Opção 2:
Opção 3:
81
4.3 Dimensionamento de chapas e barras tracionadas conforme a NBR 8800:
Tensão de tração ft :
Área bruta: Ag = bt
Área líquida: An = Ag – (ΣdEf ) t + tg
s
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛∑ 4
2
A área líquida depende da rota de falha, pois leva em conta tanto o número de furos como o seu
alinhamento. Que área líquida escolher então? (a de menor valor!) (*)
Se não houver furos, tal como em ligações soldadas, a área líquida é igual a área bruta.
A resistência de uma peça pode ser determinada (no Estado Limite) por:
(1) Ruptura da seção líquida: (que provoca colapso e é condição de resistência)
Td = φt Tn
φt = 0,75
Tn = An fu
(2) Escoamento da seção bruta: (que provoca deformações exageradas e é condição de ductilidade)
Td = φtTn
φt = 0,90
Tn = Ag fy
(3) Cisalhamento de bloco (AISC):
Pode acontecer especialmente em chapas finas com furos próximos da borda.
(*) Obs.: Se a furação for reta, então a rota de percurso é uma
seção reta da peça!
A
Tft =
T T
s s
g
g b
t
p
Expressão empírica
82
(a) Se 0,6fuAvn > fuAtn
Td = φ (0,6fuAvn + fy Atg), φ = 0,75
(b) Se 0,6fuAvn < fuAtn
Td = φ (0,6fyAvg + fuAtn), φ = 0,75
At : Área tracionada
Atg : Área tracionada bruta
Atn : Área tracionada líquida (descontar os furos)
Av : Área cisalhada
Avg : Área cisalhada bruta
Avn : Área cisalhada líquida (descontar os furos)
T T
T T
Área Cisalhada(Av) Área Tracionada(At)
T T
83
4.4 Dimensionamento de perfis tracionados conforme a NBR 8800:
O dimensionamento de perfis tracionados conforme a NBR 8800 é muito semelhante ao
dimensionamento de chapas, com uma novidade: Área Efetiva (Ae).
Por que aparecem tensões tão elevadas em perfis tracionados?
As tensões de tração são iguais nas duas chapas. Qual das duas deve romper antes se a força T
for aumentada gradualmente?
Para evitar o cálculo de tensões de flexão, a NBR 8800 criou os conceitos de (*)
Coeficiente de redução de área líquida: Ct
Área efetiva: Ae = Ct An
Coeficientes de redução de área líquida para perfis:
(a) Perfis I, H e T com pelo menos 3 conectores por linha na direção do esforço (b: largura da
mesa, h: altura do perfil):
Ct = 0,90 se b ≥ ⅔ h
Ct = 0,85 se b < ⅔ h
(b) Nos outros perfis com pelo menos 3 conectores por linha na direção do esforço:
Ct = 0,85
(c) Em todos os perfis com pelo menos 2 conectores por linha na direção do esforço:
Ct = 0,75
(*) Outra razão é que nas ligações de barras tracionadas em que a solicitação seja transmitida apenas em um ou alguns dos
elementos da seção, utiliza-se uma seção líquida efetiva para levar em conta que, na região da ligação, as tensões se
concentram no elemento ligado e não mais se distribuem uniformemente em toda a seção.
T
T
A
Tft =
A
Tft =
b
h
T T
84
(d) Em ligações soldadas ao longo das bordas de uma peça (L: comprimento da solda,
b: largura da peça conectada. Pela NBR 8800, seção 5.1.13(d), o comprimento da solda não
pode ser inferior à largura da chapa, isto é, devemos ter sempre L ≥ b):
Ct = 1,00 se 2 ≤ L/b
Ct = 0,87 se 1,5 ≤ L/b < 2
Ct = 0,75 se 1 ≤ L/b < 1,5
4.5 Dimensionamento de barras rosqueadas conforme a NBR 8800:
Td = φtTn
φt = 0,65(*)
Tn = 0,75Agfu
a relação entre a área efetiva(Aef) e aárea bruta(Ag) varia entre 0,73 a 0,80
4.6 Limites de esbeltez (L/r) de peças tracionadas conforme a NBR 8800:
(a) Peças principais: (L /r) < 240
(b) Peças secundárias: (L /r) < 300
(c) Barras rosqueadas e cabos: não há limite especificado.
4.7 Dimensionamento de peças tracionadas conforme a NBR 8800 – Resumo:
(a) Dimensionamento de barras e perfis
(1) Ruptura da seção líquida: Td = φt Aefu (φt = 0,75)
(2) Escoamento da seção bruta: Td = φt Agfy (φt = 0,90)
(3) Cisalhamento de bloco
Importante: Usar Ct apenas para perfis (Exceção: chapas com solda de filete lateral)
(b) Dimensionamento de barras rosqueadas
Td = φt 0,75 Ag fu (φt = 0,65)
(c) Limites de esbeltez (L/r) de peças tracionadas
(1) Peças principais: (L/r) < 240
(2) Peças secundárias: (L/r) < 300
(3) Barras rosqueadas e cabos: não há limite especificado.
(*) 0,65 – parafusos comuns e barras rosqueadas; 0,75 – parafusos de alta resistência (ASTM A325,
A490)
L
b
85
4.8 Exemplos:
4.8.1 Duas chapas de 30,0 cm × 2,22 cm são emendadas conforme a figura abaixo. Verifique se elas
podem suportar uma carga de utilização de 30 tf. Diâmetro dos parafusos: 2,22 cm. Aço ASTM A36.
(a) Solicitação de projeto: Ts = 1,5 × 30 = 45,0 tf (v. pág. 19)
(b) Área bruta: Ag = 30,0 × 2,22 = 66,6 cm2
(c) Área líquida dEf = 2,22 + 0,35 = 2,57 cm
An = 66,6 – 4 × 2,57 × 2,22 = 43,78 cm2 (4 furos na rota de falha)
(d) Ruptura da seção líquida: Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 43,78 × 4,00 = 131,3 tf (v. pág. 7)
(e) Escoamento da seção bruta: Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 66,6 × 2,50 = 150,0 tf (v. pág. 7)
(f) Resistência de projeto: Td = 131,3 tf (a menor)
(g) Conclusão: Como Td > Ts, a peça tem condições de suportar a carga.
4.8.2 Verifique se a cantoneira abaixo de 3” × 9,1 kg/m tem condições de suportar uma tração de 10 tf
de carga permanente e 12 tf de sobrecarga. Material AR345. Parafusos de 1,27 cm. Dimensões em
centímetros.
30 tf 30 tf
0,79
12,0
3,2
86
(a) Solicitação de projeto: Ts = 1,4 (10) + 1,4 (12) (v. pág. 19)
Ts = 30,8 tf
(b) Área bruta: Ag = 11,48 cm
2 (tabela) (v. pág. 181)
(c) Área líquida dEf = 1,27 + 0,35 = 1,62 cm
An = 11,48 – 1 × 1,62 × 0,79 = 10,25 cm2 (1 furo na rota de falha)
(d) Área efetiva Ct = 0,85 (3 parafusos na linha do esforço)
Ae = 0,85 × 10,25 = 8,71 cm2
(d) Áreas do cisalhamento de bloco:
Atg = 0,79 × 3,2 = 2,53 cm2
Atn = 0,79 (3,2 – 0,5 × 1,62) = 1,89 cm2 (0,5 Furos)
Avg = 0,79 × 12,0 = 9,48 cm2
Avn = 0,79 (12,0 – 2,5 × 1,62) = 6,28 cm2 (2,5 Furos)
(f) Ruptura da seção efetiva: Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 8,71 × 4,50 = 29,4 tf (v. pág. 7)
(g) Escoamento da seção bruta: Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 11,48 × 3,45 = 35,7 tf (v. pág. 7)
(h) Cisalhamento de bloco: 0,6 fu Avn = 0,6 × 4,50 × 6,28 = 16,96 tf > fu Atn
fu Atn = 4,50 × 1,89 = 8,51 tf
Td = 0,75 (0,6 fu Avn + fy Atg)
Td = 0,75 (16,96 + 3,45 × 2,53) = 19,3 tf
(i) Resistência de Projeto: Td = 19,3 tf (a menor, cisalhamento de bloco)
(j) Conclusão: A cantoneira não suporta os esforços, pois Td < Ts.
4.8.3 Duas chapas de 28 cm × 2,0 cm são emendadas por parafusos de 2,0 cm de diâmetro conforme
abaixo. Verifique se elas podem suportar uma carga de tração de 40 tf de carga permanente e 50 tf de
carga de utilização. Aço MR 250. Dimensões em centímetros.
87
(a) Solicitação de projeto: Ts = 1,4 × 40 + 1,5 × 50 (v. pág. 19)
Ts = 131,0 tf
(b) Área bruta: Ag = 2,0 × 28 = 56,00 cm2
(c) Área líquida dEf = 2,0 + 0,35 = 2,35 cm
Rota 1 (2 Furos): An = 56,00 – 2 × 2,35 × 2,0 = 46,60 cm2
Rota 2 (4 Furos): An = 56,00 – 4 × 2,35 × 2,0 + 0,54
)5,7(2
2
× × 2,0 = 48,45 cm
2
Rota 3 (5 Furos): An = 56,00 – 5 × 2,35 × 2,0 + 0,54
)5,7(4
2
× × 2,0 = 55,00 cm
2
An = 46,60 cm
2 (a menor)
(d) Ruptura da seção efetiva: Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 46,60 × 4,00 = 139,8 tf (v. pág. 7)
(e) Escoamento da seção bruta: Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 56,00 × 2,50 = 126,0 tf (v. pág. 7)
(f) Resistência de Projeto: Td = 126,0 tf (a menor)
(g) Conclusão: A peça não suporta os esforços, pois Td < Ts.
E o cisalhamento de bloco? (Não é determinante!)
2,0
5,0
5,0
5,0
4,0
4,0
5,0
4 × 7,5 cm
1 2 3
28,0
88
4.8.4 Verifique se o perfil U 15” × 50,4 kg/m tem condições de suportar uma carga de tração
permanente de 50 tf. Aço MR250, parafusos de 2,2 cm de diâmetro, dimensões em centímetros.
(a) Solicitação de projeto: Ts = 1,4 (50) (v. pág. 19)
(b) Área bruta: Ag = 64,20 cm
2 (tabela) (v. pág. 180)
(c) Área líquida dEf = 2,2 + 0,35 = 2,55 cm
An = 64,20 – 3 × 2,55 × 1,0 = 56,55 cm2 (3 furos na rota de falha)
(d) Área efetiva Ct = 0,75 (2 parafusos na linha do esforço) (v. pág. 82)
Ae = 0,75 × 56,55 = 42,41 cm2
(e) Áreas do cisalhamento de bloco:
Atg = 1,0 × 25,0 = 25,00 cm2
Atn = 1,0 (25,0 – 2 × 2,55) = 19,90 cm2 (2 Furos)
Avg = 2 × 1,0 × 15,0 = 30,00 cm2 (por que 2 × ?)
Avn = 2 × 1,0 (15,0 – 1,5 × 2,55) = 22,35 cm2 (1,5 Furos)
(f) Ruptura da seção efetiva: Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 42,41 × 4,00 = 127,2 tf (v. pág. 7)
(g) Escoamento da seção bruta: Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 64,20 × 2,50 = 144,5 tf (v. pág. 7)
(h) Cisalhamento de bloco: 0,6 fu Avn = 0,6 × 4,00 × 22,35 = 53,64 tf < fu Atn
fu Atn = 4,00 × 19,90 = 79,60 tf
Td = 0,75 (0,6 fy Avg + fu Atn)
Td = 0,75 (0,6 × 2,50 × 30,00 + 79,60) = 93,5 tf
1,0
25,0
15,0
89
(i) Resistência de Projeto: Td = 93,5 tf (a menor)
(j) Conclusão: A cantoneira suporta os esforços, pois Td > Ts.
4.8.5 Verifique se o perfil U 8” × 17,1 kg/m tem condições de suportar uma carga de utilização de
tração de 25 tf. Aço MR250, dimensões em centímetros.
(a) Solicitação de projeto: Ts = 1,5 × 25 (v. pág. 19)
Ts = 37,5 tf
(b) Área bruta: Ag = 21,8 cm
2 (tabela) (v. pág. 180)
(c) Área líquida: An = 21, 8 cm
2 (ligação soldada, sem furos)
(d) Área efetiva:
1 <
32,20
0,28=
b
L = 1,38 < 1,5
Ct = 0,75 (v. pág. 83)
Ae = 0,75 × 21,8 = 16,35 cm2
(e) Ruptura da seção efetiva: Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 16,35 × 4,00 = 49,1 tf (v. pág. 7)
(f) Escoamento da seção bruta: Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 21,8 × 2,50 = 49,1 tf (v. pág. 7)
(g) Resistência de Projeto: Td = 49,1 tf
(h) Conclusão: A cantoneira suporta os esforços, pois Td > Ts.
E o cisalhamento de bloco? (Não existe. Somente se considera no caso de perfis e chapas finas
tracionados e ligados por conectores com furos próximos da borda)
28,0
20,32
25 tf
90
4.8.6 Dimensione uma barra redonda de aço MR250 para suportar as seguintes cargas de tração:
Carga permanente: 8,2 tf ( γg = 1,4)
Carga de ocupação: 4,3 tf (γq = 1,5) (v. pág. 19)
(a) Solicitação de projeto: Ts = 1,4 × 8,2 + 1,5 × 4,3
Ts = 17,93 tf
(b) Resistência de projeto: Td = φt 0,75Agfu (φt = 0,65)
Td = 0,65 × 0,75 × Ag × 4,00 (v. pág. 7)
Td = 1,95 Ag
(c) Área da barra: Igualando a resistência de projeto com a solicitação de projeto
Td = 1,95 Ag = 17,93
Ag = 9,19 cm
2(v. pág. 7)
Esta área pode ser obtida com uma barra de 3,50 cm de diâmetro.
4.8.7 Verifique qual o maior comprimento possível para os seguintes perfis serem usados como
membros tracionados principais e secundários: (a) L 2½ ” × 6,1 kg /m; (b) U 3” × 6,1 kg/m.
Limites de esbeltez conforme a NBR 8800 (v. pág. 83)
Membro principal: L = 240 r
Membro secundário: L = 300 r
(a) L 2½” × 6,1 kg /m: r = rz = 1,24 cm (v. pág. 181)
Membro principal: L = 240 r = 240 × 1,24 = 298 cm = 2,98 m
Membro secundário: L = 300 r = 300 × 1,24 = 372 cm = 3,72 m
(b) U 3” × 6,1 kg /m: r = ry = 1,03 cm (v. pág. 180)
Membro principal: L = 240 r = 240 × 1,03 = 247 cm = 2,47 m
Membro secundário: L = 300 r = 300 × 1,03 = 309 cm = 3,09 m
50,342,3
4 ≅==⇒ cmAd gπ
91
5.0 Ligações parafusadas:
5.1 Tipos de conectores:
Parafusos
Rebites (em desuso desde 1950)
Pinos (ligação de tirantes)
Barras rosqueadas (ligação de coluna com base de concreto)
Soldas
Aços ASTM usados em conectores
Peça φt (*) φv (**) fy(tf/cm2) fu(tf/cm2) Nota
Parafusos comuns A307 0,65 0,60 − 4,15 d ≤ 102 mm (d ≤ 4”)
Parafusos de alta
resistência A325 0,75 0,65
6,35
5,60
8,25
7,25
12,7 mm ≤ d ≤ 25,4 mm
(½” ≤ d ≤ 1”)
25,4 mm < d ≤ 38,1
mm(1” ≤ d ≤ 1½”)
Parafusos de alta
resistência A490 0,75 0,65 8,95 10,35
12,7 mm < d ≤ 38,1
mm(½” ≤ d ≤ 1½”)
Barras rosqueadas
ASTM A36
ASTM A588
0,65 0,60
2,50
3,45
4,00
4,85
d ≤ 100 mm
(d ≤ 4”)
(*) NBR 8800, seção 7.3.2.2.
(**) NBR 8800, seção 7.3.2.3
92
5.2 Espaçamentos mínimos entre furos segundo a NBR 8800:
5.3 Espaçamentos máximos entre furos segundo a NBR 8800:
Peças Tracionadas: 25 t
Peças Comprimidas: 15 t
5.4 Modos de falha de ligações aparafusadas:
1. Corte do parafuso
(cisalhamento)
2. Esmagamento da chapa
no apoio do parafuso
3. Rasgamento
OU de furo até a borda
OU entre furos
4. Tração no conector
a: centro de furo até a borda
d: diâmetro do conector
t: espessura da chapa
Valores de a para bordas laminadas ou cor-
tadas a maçarico:
a = d + 6 mm, d ≤ 19 mm
a = d + 7 mm, 19 < d < 26 mm
a = d + 9 mm, 26 ≤ d < 33 mm
a = 1,25 d, d ≥ 33 mm
Valores de a para bordas cortadas
com serra ou tesoura:
a = 1,75 d
F
F
2F
F
F
F
a
3d
3d
a
a 3d 3d t
93
5.5 Resistências de projeto de ligações aparafusadas (NBR 8800, seção 7.3.2):
1. Dimensionamento a corte (cisalhamento) no conector
Rd = m φv Rnv
m: número de superfícies de corte
φv = 0,60 para parafusos comuns (ASTM A307) e barras rosqueadas
φv = 0,65 para parafusos de alta resistência (ASTM A325, A490)
Parafusos com rosca no plano de corte e barras rosqueadas
Rnv = 0,7 Ag × 0,6 Fu
Parafusos de alta resistência com rosca fora do plano de corte
Rnv = Ag × 0,6 Fu
d: diâmetro do conector (não confundir com dEf )
t : espessura da chapa
Ag: Área bruta transversal do conector
Ag = ¼ πd2
2. Dimensionamento a esmagamento da chapa na superfície de apoio do conector
Rd = φ Rn
φ = 0,75
Rn = 3,0 dtFu
(se as cargas forem reversíveis, Rn = 2,4 dtFu)
3. Dimensionamento a rasgamento da chapa
Rd = φ Rn
φ = 0,75
Rn = a t Fu
Quem é a?
O menor valor entre
centro de furo e borda da chapa
centro de furo e borda de furo
4. Dimensionamento a tração no conector
Rd = φtRnt
φt = 0,65 para parafusos comuns e barras rosqueadas
φt = 0,75 para parafusos de alta resistência (ASTM A325, A490)
Rnt = 0,75 Ag Fu
m = 1
m = 2
d Ag
a a
94
5.6 Exemplos:
5.6.1 Duas chapas de 20,4 cm × 1,27 cm são ligadas entre si por duas chapas laterais de 0,95 cm de
espessura conforme a figura abaixo. As chapas estão sujeitas a uma carga de tração composta por uma
carga permanente de 20 tf e uma carga de utilização de 10 tf. Verifique a segurança da peça. Chapas
ASTM A36, parafusos ASTM A307, diâmetro 2,22 cm, rosca no plano de corte. Dimensões em
centímetros.
(a) A primeira etapa da solução consiste em determinar qual o elo mais fraco da peça, identificando
como as forças se transmitem através da ligação.
Observe que uma força 2F na chapa central é transmitida pelas chapas laterais através de duas forças
F. Assim, a tensão de tração na chapa central será de
FF
bt
F
A
Fft 0772,027,14,20
222 =×===
e nas chapas laterais
FF
bt
F
A
Fft 0516,095,04,20
=×===
Portanto, a chapa central de maior espessura é o elemento mais tensionado, portanto o elo fraco da
ligação e que deverá ser verificado.
(b) Solicitação de projeto:
Ts = 1,4 × 20 + 1,5 × 10
Ts = 43,0 tf
(c) Área bruta da chapa:
Ag = 20,4 × 1,27 = 25,91 cm2
(d) Área líquida da chapa:
dEf = 2,22 + 0,35 = 2,57 cm
An = 25,91 – 3 × 2,57 × 1,27 = 16,12 cm2 (3 Furos na rota de falha)
2F
F
F
t = 1,27
t = 0,95
t = 0,95
5,1 5,17,0
3,8
6,4
6,4
3,8
95
(e) Áreas do cisalhamento de bloco:
Atg = 2 × 1,27 × 3,8 = 9,65 cm2 (por que 2 × ?)
Atn = 2 × 1,27 (3,8 – 0,5 × 2,57) = 6,39 cm2 (0,5 Furos)
Avg = 2 × 1,27 × 12,1 = 30,73 cm2 (por que 2 × ?)
Avn = 2 × 1,27 (12,1 – 1,5 × 2,57) = 20,94 cm2 (1,5 Furos)
(f) Ruptura da seção efetiva:
Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 16,12 × 4,00 = 48,36 tf
(g) Escoamento da seção bruta:
Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 25,91 × 2,50 = 58,30 tf
(h) Cisalhamento de bloco:
0,6 fu Avn = 0,6 × 4,00 × 20,94 = 50,26 tf
fu Atn = 4,00 × 6,39 = 25,56 tf
Td = 0,75 × 0,6 fu Avn + fy Atg)
Td = 0,75 (50,26 + 2,5 × 9,65) = 55,79 tf
(i) Corte nos parafusos: (v. pág. 92)
Rd = m φv Rnv × 6 (6 parafusos)
m = 2 (por que?)
φv = 0,60 (parafusos comuns)
Rnv = 0,7 Ag × 0,6 fu (rosca no plano do corte)
Ag = ¼ πd2 = ¼ × π (2,22)2 = 3,87 cm2 (área bruta do parafuso)
Rnv = 0,7 × 3,87 × 0,6 × 4,15 = 6,75 tf (fu do parafuso?) (v. pág. 90)
Rd = 2 × 0,60 × 6,75 ×6 = 48,60 tf
(j) Esmagamento da chapa:
Rd = φ 3,0 d t fu ×6 (6 parafusos)
φ = 0,75
Rd = 0,75 × 3,0 × 2,22 × 1,27 × 4,00 ×6 (fu da chapa?) (v. pág. 7)
Rd = 152,25 tf
(k) Rasgamento da chapa:
Rd = φ a t fu ×6 (6 parafusos)
φ = 0,75
a = 5,10 cm (centro de furo até borda da chapa)
a = 7,0 – 0,5 × 2,22 = 5,89 cm (centro de furo até borda de furo)
a = 5,10 cm (o menor)
Rd = 0,75 × 5,10 × 1,27 × 4,00 ×6 (fu da chapa?)
Rd = 116,59 tf
96
(l) Resistência de projeto: Rd = 48,36 tf (a menor: ruptura da seção efetiva)
(m) Conclusão: Como Rd > Ts, a peça suporta os esforços solicitantes.
5.6.2 O tirante de uma treliça de telhado é constituído por duas cantoneiras L 2½ ” × 6,1 kg/m, ligadas
a uma chapa de 0,63 cm de espessura conforme a figura abaixo. Verifique se o tirante consegue
suportar uma carga de utilização de 10 tf além de uma carga permanente de 5 tf. Chapa e perfis ASTM
A36, parafusos ASTM A325 de 1,27 cm (½”) de diâmetro. Dimensões em centímetros.
(a) Solicitação de projeto:
Ts = 1,4 × 5 + 1,5 × 10
Ts = 22,00 tf
(b) Área bruta das cantoneiras:
Ag = 2 × 7,68 = 15,36 cm
2 (Tabela. Por que 2 × ?)
(c) Área líquida das cantoneiras:
dEf = 1,27 + 0,35 = 1,62 cm
An = 2 × (7,68 – 1 × 1,62 × 0,63) = 13,32 cm
2 (1 Furo na rota defalha)
(d) Área efetiva das cantoneiras:
Ct = 0,85 (mais de 3 conectores na linha do esforço)
Ae = Ct An = 0,85 ×13,32 = 11,32 cm
2
(e) Áreas do cisalhamento de bloco:
Atg = 2 × 0,63 × 2,9 = 3,65 cm2 (por que 2× ?)
Atn = 2 × 0,63 (2,9 – 0,5 × 1,62) = 2,63 cm
2 (0,5 Furos)
Avg = 2 × 0,63 × 18,5 = 23,31 cm2 (por que 2× ?)
Avn = 2 × 0,63 (18,5 – 4,5 × 1,62) = 14,12 cm
2 (4,5 Furos)
(f) Ruptura da seção efetiva:
Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 11,32 × 4,00 = 33,96 tf
10 tf
2,5 4 × 4,0 cm 2,5
2,9
3 × 0,63 cm
97
(g) Escoamento da seção bruta:
Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 15,36 × 2,50 = 34,56 tf
(h) Cisalhamento de bloco:
0,6 fu Avn = 0,6 × 4,00 × 14,12 = 33,89 tf
fu Atn = 4,00 × 2,63 = 10,52 tf
Td = 0,75 (0,6 fu Avn + fy Atg)
Td = 0,75 (33,89 + 2,5 × 3,65) = 32,26 tf
(i) Corte nos parafusos: (v. pág. 92)
Rd = m φv Rnv ×5 (5 parafusos)
m = 2 (por que?)
φv = 0,65 (parafusos de alta resistência A325)
Rnv = 0,7 Ag × 0,6 fu (rosca no plano do corte)
Ag = ¼ πd2 = ¼ × π (1,27)2 = 1,27 cm2 (área bruta do parafuso)
Rnv = 0,7 × 1,27 × 0,6 × 8,25 = 4,39 tf (fu do parafuso?) (v. pág. 90)
Rd = 2 ×0,65 × 4,39 × 5 = 28,54 tf
(j) Esmagamento da chapa:
Rd = φ 3,0 d t fu × 5 (5 parafusos)
φ = 0,75
Rd = 0,75 ×3,0 × 1,27 × 0,63 ×4,00 × 5 (fu da chapa?) (v. pág. 7)
Rd = 36,00 tf
(k) Rasgamento da chapa:
Rd = φ a t fu × 5 (5 parafusos)
φ = 0,75
a = 2,50 cm (centro de furo até borda da chapa)
a = 4,0 – 0,5 × 1,27 = 3,37 cm (centro de furo até borda de furo)
a = 2,50 cm (o menor)
Rd = 0,75 ×2,50 × 0,63 × 4,00 × 5 (fu da chapa?)
Rd = 23,63 tf
(l) Resistência de projeto:
Rd = 23,63 tf (a menor: rasgamento da chapa)
(m) Conclusão: Como Rd > Ts, a peça suporta os esforços solicitantes.
5.6.3 Verificar se o perfil U 12” × 30,7 kg/m pode suportar uma carga permanente de tração de 42 tf.
Dimensione o número necessário de parafusos de alta resistência ASTM A325 de diâmetro 1,59 cm
(5/8”), rosca no plano de corte. Chapa e perfil ASTM A36. Dimensões em centímetros.
98
(a) Solicitação de projeto:
Ts = 1,4 × 42
Ts = 58,80 tf
(b) Área bruta do perfil U:
Ag = 39,1 cm
2 (Tabela)
(c) Área líquida do perfil U:
dEf = 1,59 + 0,35 = 1,94 cm
An = 39,1 – 4 × 1,94 × 0,711 = 33,58 cm
2 (4 Furos na rota de falha)
(d) Área efetiva do perfil U:
Ct = 0,85 (3 conectores na linha do esforço)
Ae = Ct An = 0,85 × 33,58 = 28,55 cm
2
(e) Áreas do cisalhamento de bloco:
Atg = 0,711 × 15,0 = 10,67 cm
2
Atn = 0,711 (15,0 – 3,0 × 1,94) = 6,53 cm
2 (3,0 Furos)
Avg = 2 × 0,711 × 20,0 = 28,44 cm2 (por que 2 × ?)
Avn = 2 × 0,711 (20,0 – 3,5 × 1,94) = 18,78 cm
2 (3,5 Furos)
(f) Ruptura da seção efetiva:
Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 28,55 × 4,00 = 85,65 tf
(g) Escoamento da seção bruta:
Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 39,1 × 2,50 = 87,98 tf
0,711 cm
3 × 5,0 cm
5 × 5,0 cm
42 tf
99
(h) Cisalhamento de bloco:
0,6 fu Avn = 0,6 × 4,00 × 18,78 = 45,07 tf
fu Atn = 4,00 × 6,53 = 26,12 tf
Td = 0,75 (0,6 fu Avn + fy Atg)
Td = 0,75 (45,07 + 2,5 × 10,67) = 53,81 tf < Ts (não passa)
Aumentando o espaçamento longitudinal entre os furos de 5,0 cm para 6,0 cm, as áreas
tracionadas do cisalhamento de bloco permanecem as mesmas. Entretanto, as áreas cisalhadas
aumentam:
Avg = 2 × 0,711 × 24,0 = 34,13 cm2 (por que 2 × ?)
Avn = 2 × 0,711 (24,0 – 3,5 × 1,94) = 24,47 cm2 (3,5 Furos)
0,6 fu Avn = 0,6 × 4,00 × 24,47 = 58,73 tf
Td = 0,75 (58,73 + 2,5 × 10,67) = 64,06 tf > Ts (OK)
(i) Corte em 1 parafuso:
Rd = m φv Rnv × 1 (1 parafuso)
m = 1 (por que?)
φv = 0,65 (parafusos de alta resistência A325)
Rnv = 0,7 Ag × 0,6 fu (rosca no plano do corte)
Ag = ¼ πd2 = ¼ × π (1,59)2 = 1,99 cm2 (área bruta do parafuso)
Rnv = 0,7 × 1,99 × 0,6 × 8,25 = 6,88 tf (fu do parafuso?)
Rd = 1 × 0,65 × 6,88 × 1 = 4,47 tf
(j) Número de parafusos:
47,4
80,58 = 13,15 Usar 14 parafusos
(k) Corte em 14 parafusos:
Rd = 4,47 × 14 (14 parafusos)
Rd = 62,58 tf > Sd
(l) Esmagamento da chapa:
Rd = φ 3,0 d t fu ×14 (14 parafusos)
φ = 0,75
Rd = 0,75 × 3,0 × 1,59 × 0,711 × 4,00 × 14 (fu da chapa?)
Rd = 142,44 tf
(m) Rasgamento da chapa:
Rd = φ a t fu × 14 (14 parafusos)
φ = 0,75
a = 6,00 cm (centro de furo até borda da chapa)
a = 6,0 – 0,5 × 1,59 = 5,21 cm (centro de furo até borda de furo)
a = 5, 21 cm (o menor)
Rd = 0,75 × 5, 21 × 0,711 × 4,00 × 14 (fu da chapa?)
Rd = 155,58 tf
(n) Resistência de projeto: Rd = 62,58 tf (a menor: corte nos parafusos)
100
(o) Conclusão: Como Rd > Ts, a peça suporta os esforços solicitantes.
5.6.4 Calcule o número mínimo de parafusos ASTM A325 de 1,27 cm de diâmetro (½”) necessários
para suportar uma carga de utilização de 35 tf (γq = 1,5). Considere que as chapas dos flanges são
rígidas. Adote um número par de parafusos para evitar o desbalanceamento do perfil I.
(a) Solicitação de projeto:
Ts = 1,5 × 35
Ts = 52,50 tf
(b) Resistência à tração de 1 parafuso: (v. pág. 92)
Rd = φt 0,75 Ag fu × 1 (1 parafuso)
φt = 0,75 (parafuso de alta resistência A325)
Ag = ¼ πd2 = ¼ × π (1,27)2 = 1,27 cm2
Rd = 0,75 × 0,75 × 1,27 × 8,25 × 1 = 5,89 tf (fu do parafuso?) (v. pág. 90)
(c) Número de parafusos: 9,8
89,5
50,52 =
(d) Conclusão: Usar 10 parafusos.
35 tf
101
6.0 Ligações soldadas:
6.1 Solda elétrica:
Processos de soldagem elétrica mais usados em estruturas metálicas
Eletrodo manual revestido (SMAW – shielded metal arc welding)
Arco submerso em material granular fusível (SAW – submerged arc welding): muito usado em
oficinas pois é apropriado para automatização e proporciona soldas de grande uniformidade.
Ligações Soldadas - Esquema da solda elétrica
A polaridade mais usual é a polaridade inversa (CC+), também chamada de polaridade positiva,
onde o eletrodo está ligado ao pólo positivo e a peça ao pólo negativo. Neste caso o bombardeio de
elétrons é da peça para o eletrodo, que ficará mais quente, implicando em menor energia de soldagem
transferida para a peça e conseqüentemente obtém-se soldas com ZTAs mais estreitas (o que é sempre
desejável). O revestimento do eletrodo pode ser um fator limitante para uso desta polaridade, pois
existem alguns revestimentos especiais que não suportam aquecimento excessivo e, portanto, são
indicados para serem usados apenas em polaridade direta (CC-), também conhecida por polaridade
negativa.
Obs.: CC = corrente cocntínua;
Metal base Metal base
Metal de adição (metal da solda)
Máquina de solda
(Gerador de CC)
Arco
Eletrodo revestido
Metal de
adição
Escória
Gases
+
−
Elétrons
102
ZTA = zona termicamente afetada
6.2 Classificação de eletrodos para solda manual segundo a AWS:
Segundo a AWS (American Welding Society), os eletrodos são designados do seguinte modo:
EaaXY
E: Eletrodo
aa: resistência do material de solda (fw) em ksi (1 tf/cm
2 = 14,22 ksi)
X: código de posição de soldagem (1 ksi = 6,897 MPa)
1: qualquer posição
2: posição horizontal e plana
3: posição plana
4: posição vertical descendente, plana, horizontal e sobre-cabeça
Y: código do tipo de corrente, penetração do arco e do revestimento do eletrodoExemplos:
E6018: Eletrodo com resistência de 60 ksi, qualquer posição de soldagem, arco leve,
penetração média, baixo teor de hidrogênio.
E7018: Eletrodo com resistência de 70 ksi e as as mesmas características do E6018.
6.3 Classificação das soldas quanto à posição do material de adição em relação ao material base:
Solda de entalhe
(groove weld) Solda de filete
(fillet weld)
Solda de orifício ou de tampão
(plug weld ou slot weld)
103
6.4 Classificação de chanfros de soldas de entalhe:
6.5 Classificação de soldas quanto à posição relativa das peças:
6.6 Posições de soldagem
Sem chanfro
Chanfro em bisel simples
Chanfro em bisel duplo
Chanfro em V simples
Chanfro em V duplo
Ligação de topo
Ligação em T
Ligação de canto
Ligação com transpasse
Posição horizontal
Posição plana
104
6.7 Simbologia de solda:
Entalhe Filete Tampão Sem chanfro V Bisel
Solda em
toda a volta
Solda de
campo
Extremidade da solda
S: Dimensão do cordão
L: Comprimento do cordão de solda
P: Passo do cordão (soldas intermitentes)
Ligações Soldadas - Exemplos de simbologia de solda
80
6
Posição sobrecabeça Posição vertical
Especificação S (Lado Distante) L-P
(Lado Próximo)
E6018
40 − 80 6
40
105
6.8 Anomalias de solda:
Fusão incompleta
Falta de penetração
Inclusão de escória
Porosidade
Trinca
Distorção
(Tensões residuais)
6.9 Controle de qualidade e inspeção de solda:
As soldas de estruturas metálicas devem ser feitas por
Soldadores qualificados
usando procedimentos qualificados
e inspecionadas por inspetores de solda qualificados
Principais Métodos de Inspeção
Inspeção visual
Líquido penetrante
Partículas magnéticas
Gamagrafia
Raios X
Ultrassom
6.10 Eletrodos usuais:
E60XY: fw = 4,20 tf/cm
2 (60 ksi) Obs.: 1 ksi = 6,897 MPa
E70XY: fw = 4,90 tf/cm
2 (70 ksi)
E80XY: fw = 5,60 tf/cm
2 (80 ksi)
106
Eletrodos compatíveis com aços ASTM (ver NBR 8800, tabela 7)
MR250 A36: E60XY ou E70XY
AR345 A242, A441, A572: E70XY ou E80XY
6.11 Soldas de Filete:
Dimensões Mínimas de Soldas de Filete (NBR 8800, tabela 11)
Espessura da chapa
(mm)
Lado do filete (b)
(mm)
Até 6,35 3
Até 12,5 5
Até 19 6
Acima de 19 8
Dimensões Máximas de Soldas de Filete (NBR 8800, seção 7.2.6.2)
Espessura da chapa ligada (t) Lado do filete (b)
Até 6,3 mm t
Além de 6,3 mm t −1,5 mm
Comprimento Mínimo de Soldas de Filete (NBR 8800, seção 7.2.6.2)
LMín = Máx (4b; 4 cm)
Exemplo 1:
b = 0,6 cm; LMín = Máx (4 × 0,6; 4) = Máx (2,4; 4) = 4 cm
Exemplo 2:
b = 1,6 cm; LMín = Máx (4 × 1,6; 4) = Máx (6,4; 4) = 6,4 cm
tw
b
b
Raiz
Face
b: perna, lado
tw: garganta, espessura
tw = 0,7 b
b
t
107
6.12 Dimensionamento de ligações soldadas segundo a NBR 8800:
Ver NBR 8800, tabela 8.
1. Soldas de Entalhe
(a) Tração ou compressão (eletrodo compatível) → com penetração total (*)
Metal base: Rd = 0,90 L t fy
(b) Cisalhamento (escolher o menor valor)
Metal base: Rd = 0,90 L t (0,60 fy)
Metal de adição: Rd = 0,75 L t (0,60 fw)
2. Soldas de Filete
As soldas de filete são sempre dimensionadas ao cisalhamento. Escolher o menor valor entre:
Metal base: Rd = 0,90 b L (0,60 fy)
Metal de adição: Rd = 0,75 tw L (0,60 fw)
Aço Eletrodo Rd Metal Base Rd Metal de Adição
MR250 E60 1,93 twL 1,87twL
MR250 E70 1,93 twL 2,18 twL
AR345 E70 2,66 wL 2,18 twL
Nota: Rd medido em tf; tw e L medidos em cm.
(*) No caso de penetração parcial, checar também para Rd = 0,75 L t (0,60 fw) e escolher o menor valor.
L
t
L
tw
108
3. Soldas de Tampão
As soldas de tampão são sempre dimensionadas ao cisalhamento da área do tampão (AT). Escolher o
menor valor entre (NBR 8800, tabela 8):
Metal base: Rd = 0,90 AT (0,60 fy)
Metal de adição: Rd = 0,75 AT (0,60 fw)
As dimensões do furo e da solda devem obedecer a disposições estabelecidas na NBR 8800,
seção 7.2.6.3.
6.13 Exemplos:
6.13.1 A chapa abaixo deve suportar uma carga de utilização de 25 tf (γq = 1,5). Calcule o
comprimento de solda necessário, considerando b = 0,5 cm. Chapas ASTM A36, eletrodo E60XY.
(a) Solicitação de projeto:
Sd = 1,5 × 25
Sd = 37,50 tf
(b) Resistência de projeto de solda de filete:
Rd = 1,87 tw L × 2 (por que × 2?) (v. pág. 106)
Rd = Sd = 37,50 tf
tw = 0,7 b = 0,7 × 0,5 = 0,35 cm
37,50 = 1,87 × 0,35 × L × 2
L = 28,7 cm ≅ 30 cm
AT
L
30 cm
25 tf
(v. pág. 105 MR250)
109
(c) Conclusão: Usar L = 30 cm (por que?).
Nota: Foi solicitado apenas o comprimento do cordão de solda. Em um caso real, seria necessário
verificar a resistência da chapa.
6.13.2 Exemplo 2: Verifique se a ligação soldada da chapa abaixo, de 10 cm × 1,27 cm, pode suportar
uma carga de tração permanente de 10 tf. Chapas ASTM A36, eletrodo E60XY, dimensões em
centímetros.
(a) Solicitação de projeto:
Sd = 1,4 × 10
Sd = 14,00 tf
(b) Resistência de projeto de solda de entalhe (observe que o eletrodo é compatível):
Rd = 0,90 L t Fy
Rd = 0,90 × 10 × 1,27 × 2,50 (v. pág. 7)
Rd = 28,58 tf
(c) Conclusão: Como Rd > Sd, a peça pode suportar o esforço.
Nota: Foi solicitada apenas a verificação do cordão de solda. Em um caso real, seria necessário
verificar a resistência da chapa.
6.13.3 Determine a máxima carga de tração permanente G que pode ser suportada pela ligação soldada
da chapa abaixo, de 15 cm × 1,27 cm. Dimensões das soldas de filete: b = 0,6 cm, L = 10 cm.
Dimensões da solda de tampão: 10 cm × 2,0 cm. Chapas ASTM A36, eletrodo E60XY, dimensões em
centímetros.
1,27
10 tf 10
→ (v. pág. 102)
110
(a) Solicitação de projeto: Sd = 1,4 G
(b) Escoamento da seção bruta
Td = φt Ag fy
φt = 0,90
Ag = 1,27 × 15 = 19,05 cm2
fy = 2,50 tf /cm
2 (ASTM A36) → (v. pág. 7)
Td = 0,90 × 19,05 × 2,50 = 42,87 tf
(c) Ruptura da seção efetiva
Td = φt An fu
φt = 0,75
An = Ag = 19,05 cm
2
fu = 4,00 tf /cm
2 (ASTM A36) → (v. pág. 7)
Td = 0,75 × 19,05 × 4,00 = 57,15 tf
(d) A resistência da ligação é a soma das resistências das duas soldas de filete e da solda de tampão.
(i) Resistência de projeto das soldas de filete:
Rd = 1,87 tw L × 2 (por que × 2)
tw = 0,7 b = 0,7 × 0,6 = 0,42 cm
L = 10 cm
Rd = 1,87 × 0,42 ×10 × 2 = 15,71 tf
(ii) Resistência de projeto da solda de tampão:
Rd = 0,75 AT (0,60 fw)
AT = 10 × 2,0 = 20,0 cm2
fw= 4,20 tf/cm2 → (v. pág. 104)
Rd = 0,75 × 20,0 × 0,60 × 4,20 = 37,80 tf
Rd = 0,90 AT (0,60 fy) = 0,90 × 20,0 × 0,60 × 2,50 = 27 tf
(iii) Resistência de projeto da solda: Rd = 15,71 + 27 = 42,71 tf
(f) Resistência de projeto da ligação: Rd = 42,71 tf (a menor)
(g) Conclusão: 1,4G = 42,71
G = 30,51tf
G
10
15
111
6.13.4 Verificar se o perfil U 12” × 30,7 kg/m pode suportar uma carga permanente de tração de 42 tf.
Dimensione o cordão de solda necessário. Chapa e perfil ASTM A36, eletrodo E6018. Dimensões em
centímetros.
(a) Solicitação de projeto:
Ts = 1,4 × 42
Ts = 58,80 tf
(b) Área bruta do perfil U: Ag = 39,1 cm
2 (Tabela)
(c) Área efetiva do perfil U: Ct = 0,75 (estimativa)
Ae = 0,75 × 39,1 = 29,33 cm2
(d) Ruptura da seção efetiva:
Td = φt Ae fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 29,33 × 4,00 = 87,99 tf (>58,80 Ok)
(e) Escoamento da seção bruta:
Td = φt Ag fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 39,1 × 2,50 = 87,98 tf (>58,80 OK)
(f) Dimensão do filete de solda: b = 0,5 cm → (v. pág. 105)
(g) Resistência de projeto de solda de filete:
Rd = 1,87 tw L × 2 (por que × 2 ?)
tw = 0,7 b = 0,7 × 0,5 = 0,35 cm
(h) Igualando Rd a Sd,
1,87 × 0,35 × L × 2 = 58,80
L = 44,9 cm ≅ 45 cm
(i) Conclusão: Usar L = 45 cm > Lmín = Máx(4b; 4cm) → (v. pág. 105)
0,711 cm
30,48
L
42 tf
112
6.13.5 Verificar se a cantoneira L 6” × 22,2 kg/m pode suportar uma carga permanente de tração de 40
tf. Dimensione o cordão de solda necessário. Chapa e perfil ASTM A36, eletrodo E7018. Dimensões
em centímetros. Balancear a solda.
(a) Solicitação de projeto:
Ts = 1,4 × 40 = 56,00 tf
(b) Área bruta do perfil L: Ag = 28,13 cm2 (Tabela)
(c) Área efetiva do perfil L: Ct = 0,75 (estimativa)
Ae = 0,75 × 28,13 = 21,10 cm2
(d) Ruptura da seção efetiva:
Td = φt Ae Fu (φt = 0,75)
Td = 0,75 × 21,10 × 4,00 = 63,29 tf
(e) Escoamento da seção bruta:
Td = φt Ag Fy (φt = 0,90)
Td = 0,90 × 28,13 × 2,50 = 63,29 tf
(f) Dimensão do filete de solda: b = 0,6 cm → (v. pág. 105)
(g) Resistência de projeto de solda de filete:
Rd = 1,93 tw L → (v. pág. 106)
tw = 0,7 b = 0,7 × 0,6 = 0,42 cm
(h) Igualando Rd a Sd, Rd = 1,93 × 0,42 × L = 56,00
(i) Comprimento total (L) do cordão de solda:
L = 69,10 cm. Usar L = 70 cm
40 tf
F1
F3
F2
L1
L2
(= 15,2 cm)
L3
4,2
11,0
0,95
CG
113
(j) Balancear o cordão de solda significa dimensionar os comprimentos L1 e L3 de modo que o
momento da carga aplicada e das forças nos cordões de solda seja nulo (observe que o segundo cordão
de solda tem um comprimento L2 = 15,2 cm, igual à altura da cantoneira).
(k) Tomando os momentos da carga aplicada e de F1 e F2 em relação ao terceiro cordão de solda,
56,00 × 11,0 – F1 × 15,2 – F2 × 0,5 × 15,2 = 0
(l) Como F2 = 1,93 × 0,42 × 15,2 = 12,32 tf (porque?) → (v. pág. 111)
F1 = 34,48 tf
(m) Como F1 = 1,93 × 0,42 × L1 = 34,37 tf (porque?)
L1 = 42,40 ≅ 43 cm. Usar L1 = 43 cm
(n) Comprimento total (L) do cordão de solda:
L = L1 + 15,2 + L3
L3 = 11,8 ≅ 12 cm. Usar L3 = 12 cm
114
7.0 Peças comprimidas:
7.1 Modos de falha de barra comprimida:
Quando uma peça é comprimida, ela pode falhar por compressão direta, ou seja, a peça entra
em colapso quando a tensão de compressão atingir o limite de escoamento do material.
Peças esbeltas sujeitas à compressão podem sofrer flambagem. Para entender este fenômeno,
vamos considerar um mecanismo composto por duas barras articuladas sujeitas a uma força de
compressão N. Para tentar manter o equilíbrio do mecanismo, uma mola de rigidez k suporta
lateralmente a articulação central. Vamos considerar ainda que o ponto médio do conjunto sofreu um
pequeno deslocamento x (causado por alguma força acidental).
Considerando a barra inferior, temos três momentos tentando girá-la em torno do apoio
inferior: os momentos das forças N, ½ kx e kx. Os dois primeiros tendem a aumentar o deslocamento
da barra; o último, a restaurar sua posição de equilíbrio vertical. Temos três possibilidades:
(a) Equilíbrio estável
kx ⋅ L > ½ kx ⋅ L + Nx
½ kxL > Nx
N < ½ kL
(b) Colapso da estrutura
kx ⋅ L < ½ kx ⋅ L + Nx
½ kxL < Nx
N > ½ kL
(c) Equilíbrio indiferente
kx ⋅ L = ½ kx ⋅ L + Nx
½ kxL = Nx
Nc = ½ kL
A carga Nc = ½ kL, que leva a estrutura à beira do colapso, é chamada de carga crítica.
Resumindo, uma peca comprimida pode falhar por
Compressão direta (escoamento ou ruptura)
Flambagem
N
k
L
L
x
N
kx
N
½ kx
½ kx
L
L
A N kx
N
½ kx
½ kx
L
115
Uma peça comprimida pode apresentar três comportamentos, dependendo de sua esbeltez:
Pequena esbeltez: Falha por compressão direta (escoamento ou ruptura)
Grande esbeltez: Falha por flexão (flambagem)
Média esbeltez: Comportamento intermediário
fc = A
N
7.2 Flambagem elástica de colunas birrotuladas (Euler, 1744):
NE = 2
2
L
EIπ
fE = A
N E
fE =
AL
EI
2
2π
fE =
IAL
E
/2
2π
fE =
)//(2
2
AIL
Eπ
fE = 22
2
/ rL
Eπ
E se a coluna não for birrotulada?
NE = 2
2
)(KL
EIπ
fE = 2
2
)/( rKL
Eπ
N N A
NE: Carga crítica de Euler
E: Módulo de elasticidade do material
I: Momento de inércia da seção transversal
L: Comprimento da coluna
fE: Tensão crítica de Euler
r: Raio de giração
K: Fator de comprimento efetivo
KL: Comprimento de flambagem
116
Fatores de comprimento efetivo K recomendados pela NBR 8800
Nota: Valores teóricos
Que comprimento L usar?
Que momento de inércia I ou que raio de giração r usar?
(a) Coluna sem qualquer restrição lateral: o menor I , o menor r
K = 1,0 K = 0,7 K = 2,0 K = 0,5
K = 1,0 K = 0,8 K = 2,1 K = 0,65 K = 1,2 K = 2,0
Flambagem em
torno do eixo y-y:
Iy
Flambagem em
torno do eixo y-y:
Iy
Flambagem em
qualquer direção
Flambagem em
torno do eixo z−z:
Iz
30
L = 30 m
15
15
L = 15 m
10
10
10
L = 10 m
10
20
L = ?
x x
y
yy
x x
y
x x
y
y
x
y
y
z
z
x
K = 2,0 K = 1,0
117
(b) Coluna com contenção lateral impedindo a flambagem em uma direção. Exemplo: coluna embutida
em parede.
7.3 Limitação da equação de Euler:
A tensão crítica de Euler é válida apenas para o regime elástico, pois, de acordo com sua
equação, quando o índice de esbeltez KL/r tende a zero, a tensão crítica de Euler fE tende a infinito.
Com peças reais, isto não pode acontecer, pois todo material tem resistência limitada.
Como acontece a falha por compressão de peças reais?
7.4 Dimensionamento de peças comprimidas pela NBR 8800::
(a) Limite de esbeltez: 200≤
r
KL
(*) fc = tensão última
Nc = carga última
∴Nc = Ag . fc
Flambagem em
torno do eixo x-x:
Ix
Flambagem em
torno do eixo y-y:
Iy
Flambagem em
torno do eixo x-x:
Ix
Flambagem em
torno do eixo y-y:
Iy
1,0
fc/fy =Nc/(Ag . fy) (*)
KL/r
Falha por flambagem
inelástica
Falha por flambagem
elástica (Euler)
Falha por escoamento
ou fratura
xx
y
y
y y
x
x
y y
x
x y
x x
y
118
(b) Parâmetro de esbeltez λ:
( ) E
F
r
KL
rKLE
F
F
F yy
E
y
2
2
22
2
// ππλ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛===
E
F
r
KL y
2πλ =
Aços MR250, λ =
100.250,2
2 ×πr
KL = 0,0111 KL/r
Aços AR345, λ =
100.2
45,3
2 ×πr
KL = 0,0131 KL/r
(c) Carga resistente de projeto (Nd)
Nd = φc Ag fc
φc = 0,90
Ag: Área bruta da seção transversal
fc: Tensão resistente(ou tensão última) à compressão obtida do gráfico em função de λ e
do tipo de peça.
λ
yc
y
c
ff
f
f
⋅=
=
ρ
ρ
ρ
119
Classificação das curvas de flambagem de seções
de acordo com a NBR 8800
Seção transversal Flambagem em torno do eixo
Curva de
Flambagem
Perfil tubular
x-x
y-y a
Em geral
x-x
y-y b
Perfil caixão soldado
Solda de
grande
espessura
x-x
y-y
c
d/b > 1,2 t ≤ 40 mm
x-x
y-y
a
b (a)
d/b ≤ 1,2 t ≤ 40 mm
x-x
y-y
b (a)
c (b)
Perfil I e H laminado
t > 40 mm
x-x
y-y
d
d
t ≤ 40 mm
x-x
y-y
b
c
Perfil I e H soldado
t > 40 mm
x-x
y-y
c
d
Perfis U, L e T
Barras de seção cheia
x-x
y-y c
Notas:
1. Seções não incluídas na tabela devem ser classificadas de forma análoga.
2. As curvas de flambagem indicadas entre parêntesis podem ser adotadas para aços de alta
resistência onde fy > 430 MPa.
3. Para barras compostas (peças de seção múltipla) comprimidas, deverá ser usada a curva c para
flambagem relativa ao eixo que não intercepta os perfis componentes principais.
x
y y
x
y
x
x
y
b
d
t1
t2 b/t1 < 30
d/t2 < 30
d
b
x
y t
b
x
y t1
t2t
x
y
b
x
y
x
y
x
y
x
y y
120
Curvas de Flambagem da NBR 8800:
7.5 Resistência de barras circulares (MR250, KL = 6,00 m, A = 100 cm2):
Diâmetro
Externo (D)
(cm)
Diâmetro
Interno
(cm)
Espessura (t)
(cm) D/t KL/r
Nd
(tf) Nota
11,28 0,00 - - 212,7 37,35 Seção cheia
20,00 16,51 1,74 10,5 92,5 147,15 -
30,00 27,80 1,10 26,2 58,7 194,85 -
40,00 38,38 0,81 48,2 43,3 209,25 -
50,00 48,71 0,64 76,5 34,4 215,55 -
60,00 58,93 0,54 111,1 28,5 218,93 D/t > 90
A N N
121
7.6 Flambagem localizada :
Em peças constituídas de chapas esbeltas, é possível acontecer a flambagem localizada das
chapas antes de atingirem a tensão de escoamento. Assim, a NBR 8800 determina os valores máximos
da relação b/t para evitar a flambagem localizada (Tabelas 1 e 2).
Valores máximos da relação b/t para evitar a flambagem localizada segundo a NBR 8800
Caso b1/t b2/t b3/t b4/t b5/t
Geral 0,44
yF
E 0,55
yF
E 0,74
yF
E 1,47
yF
E 0,11
yF
E
MR 250 13 16 21 42 90
AR 345 11 13 18 36 65
Quando algum valor b/t ultrapassa os limites acima, é necessário computar uma redução no
valor da tensão de compressão crítica Fc (NBR 8800, Anexo E).
7.7 Exemplos:
7.7.1 Determinar a resistência de projeto à compressão do perfil H 6” × 37,1 kg/m, aço ASTM A36,
comprimento de 3,00 m, extremidades rotuladas.
(a) Limite de esbeltez:
r
KL < 200
K = 1 (extremidades rotuladas)
L = 3,00 m = 300 cm
r = ry = 3,63 cm (por quê o menor r?)
63,3
3001×=
r
KL = 82,6 < 200 (OK)
b4
b4 b1
b1
b2
b4
b3
b2
b5
122
(b) Parâmetro de esbeltez λ:
λ = 0,0111
r
KL (ASTM A36)
λ = 0,0111 × 82,6 = 0,92
(c) Tensão resistente à compressão fc
Perfil H laminado
h = 15,24 cm
b = 15,08 cm
t = 1,20 cm < 4,0 cm
h/b = 15,24 / 15,08 = 1,01 < 1,20
Flambagem no eixo y-y
A = 47,3 cm2
fc = ρ fy = 0,581 × 2,50 = 1,45 tf /cm2
(d) Carga resistente de projeto à compressão
Nd = φc Ag fc
φc = 0,90
Nd = 0,90 × 47,3 × 1,45
Nd = 61,73 tf
7.7.2 Determinar a resistência de projeto à compressão do mesmo perfil H 6” × 37,1 kg/m do Exemplo
1, considerando agora que o perfil tem contenção lateral impedindo a flambagem em torno do eixo de
menor resistência y-y.
(a) Limite de esbeltez:
r
KL < 200
K = 1 (extremidades rotuladas)
L = 3,00 m = 300 cm
r = rx = 6,43 cm (por quê o maior r agora?)
43,6
3001×=
r
KL = 46,7 < 200 (OK)
(b) Parâmetro de esbeltez λ
λ = 0,0111
r
KL (ASTM A36)
λ = 0,0111 × 46,7 = 0,52
(c) Tensão resistente à compressão fc
Perfil H laminado
h = 15,24 cm
b = 15,08 cm
t = 1,20 cm < 4,0 cm
h/b = 15,24 / 15,08 = 1,01 < 1,20
Flambagem no eixo x-x
A = 47,3 cm2
fc = ρ fy = 0,876 × 2,50 = 2,19 tf /cm2
curva c, ρ = 0,581 (v. TAB.4 - NBR-8800)
curva b, ρ = 0,876
123
(d) Carga resistente de projeto à compressão
Nd = φc Ag fc
φc = 0,90
Nd = 0,90 × 47,3 × 2,19
Nd = 93,23 tf
Comparando com o Exemplo 1 (Nd = 61,73 tf), vemos que este resultado é 51% maior (por quê?).
7.7.3 Calcule a carga resistente de projeto de uma cantoneira L 6” × 4” × 18,30 kg/m, aço MR250,
comprimento 3,00 m, extremidades engastada-livre.
(a) Limite de esbeltez:
r
KL < 200
K = 2,1 (extremidades engastada-livre)
l = 3,00 m = 300 cm
r = ry = 2,24 cm (por quê o menor r?)
24,2
3001,2 ×=
r
KL = 281,3 > 200
(b) Conclusão: Como KL/r > 200, a NBR 8800 não permite que este perfil seja usado como coluna.
7.7.4 Calcule a carga resistente de projeto de uma cantoneira L 6” × 4” × 18,30 kg/m, aço MR250,
comprimento 3,00 m, extremidades rotuladas.
(a) Limite de esbeltez:
r
KL < 200
K = 1 (extremidades rotuladas)
L = 3,00 m = 300 cm
r = ry = 2,24 cm (por quê o menor r?)
24,2
3001×=
r
KL = 133,0 < 200 (OK)
(b) Parâmetro de esbeltez λ
λ = 0,0111
r
KL (MR250)
λ = 0,0111 × 133,9 = 1,49
(c) Tensão resistente à compressão Fc
Perfil L laminado
Flambagem no eixo y-y
A = 23,29 cm2
fc = ρ fy = 0,326 × 2,50 = 0,815 tf /cm2
curva c, ρ = 0,326
124
(d) Carga resistente de projeto à compressão
Nd = φc Ag fc
φc = 0,90
Nd = 0,90 × 23,29 × 0,815
Nd = 17,08 tf
7.7.5 Calcule a carga resistente de projeto de uma coluna construída por duas cantoneiras L 6” × 4” ×
18,30 kg/m, aço MR250, comprimento 3,00 m, extremidades rotuladas, soldadas longitudinalmente
conforme desenho abaixo, dimensões em centímetros.
(a) Propriedades geométricas da seção composta
A = 10,2 × 15,2 – 8,3 × 13,3 = 44,65 cm2
Ix = 1/12 × 10,2 × 15,23 – 1/12 × 8,3 × 13,33 = 1.358 cm4
Iy = 1/12 × 15,2 × 10,23 – 1/12 × 13,3 × 8,33 = 710 cm4
Como Iy < Ix , a flambagem ocorrerá em torno do eixo y-y.
r = ry = 65,44
710=
A
I y = 4,00 cm
(b) Limite de esbeltez:
r
KL < 200
K = 1 (extremidades rotuladas)
L = 3,00 m = 300 cm
r = ry = 4,00 cm
00,4
3001×=
r
KL = 75,0 < 200 (OK)
15,213,3
8,3
10,2
x x
y
y
125
(c) Parâmetro de esbeltez λ
λ = 0,0111
r
KL = 0,0111 × 75,0 = 0,83
(d) Tensão resistente à compressão Fc
Barra composta
Flambagem no eixo y-y
fc = ρ fy = 0,635 × 2,50 = 1,588 tf /cm2
(d) Carga resistente de projeto à compressão
Nd = φc Ag fc
φc = 0,90
Nd = 0,90 × 44,65 × 1,588
Nd = 63,79 tf
A construção do caixão soldado praticamente quadruplicou a resistência do perfil isolado (Exemplo
7.7.4, Nd = 17,08 tf).
7.7.6 Verifique se o perfil I 15” × 63,3 kg/m, aço AR345, está sujeito à flambagem localizada.
Conclusão: Como o perfil atende às duascondições, ele não está sujeito à flambagem localizada.
curva c, ρ = 0,635
b2
b4
tF
tw
bF = 13,97 cm
tF = 1,58 cm
b4 = 34,94 cm
tw = 1,04 cm
58,12
97,13
2
2
×== F
F
t
b
t
b = 4,2 < 13
04,1
94,344 ==
wt
h
t
b = 33,6 <36
126
7.7.7 Verifique se a viga soldada VS 650 mm × 98 kg/m, aço MR250, está sujeita à flambagem
localizada.
Conclusão: Como a viga soldada não atende à segunda condição, ela está sujeita à flambagem
localizada na alma.
7.7.8 Selecione um perfil I, aço AR345, para trabalhar como uma coluna bi-rotulada, com 4,00 m de
altura, suportando uma carga permanente de 30 tf e uma carga de utilização de 25 tf.
(a) Solicitação de projeto
Ns = 1,4 × 30 + 1,5 × 25
Ns = 79,50 tf
(b) Como não existe contenção lateral, a flambagem ocorrerá em torno do eixo y-y.
(c) Adotando ρ = 0,65, temos uma estimativa da área do perfil igualando a resistência de projeto com a
solicitação de projeto:
0,90 × A × 0,65 × 3,45 = 79,50
A = 39 cm2
(d) Primeira tentativa: I 10” × 37,7 kg/m, A = 48,1 cm2, r = ry = 2,42 cm.
42,2
4001×=
r
Kl = 165,3 < 200 (OK)
λ = 0,0131
r
Kl = 0,0131 × 165,3 = 2,17 (AR345)
ρ = 0,179
Nd = 0,90 × 48,1 × 0,179 × 3,45 = 26,73 tf << Ns
b2
b4
tF
tw
bF = 30,0 cm
tF = 1,25 cm
b4 = 62,5 cm
tw = 0,80 cm
25,12
0,30
2
2
×== F
F
t
b
t
b = 12,0 < 16
80,0
5,624 ==
wt
h
t
b = 78,1 > 42
127
(e) Segunda tentativa: I 15” × 63,3 kg/m, A = 80,6 cm2, r = ry = 2,73 cm.
73,2
4001×=
r
Kl = 146,5 < 200 (OK)
λ = 0,0131
r
Kl = 0,0131 × 146,5 = 1,92 (AR345)
ρ = 0,224
Nd = 0,90 × 80,6 × 0,224 × 3,45 = 56,06 tf < Ns
(f) Terceira tentativa: I 18” × 81,4 kg/m, A = 103,7 cm2, r = ry = 2,89 cm.
89,2
4001×=
r
Kl = 138,4 < 200 (OK)
λ = 0,0131
r
Kl = 0,0131 × 138,4 = 1,81 (AR345)
ρ = 0,248
Nd = 0,90 × 103,7 × 0,248 × 3,45 = 79,85 tf > Ns (OK)
Nesta situação, o perfil I é antieconômico, pois usamos apenas 24,8% de sua resistência. Certamente,
um perfil tubular seria mais econômico.
128
8.0 Peças Fletidas:
8.1 Flexão de vigas:
Ao se submeter uma barra de seção simétrica à flexão, como na figura abaixo, a borda superior fica
comprimida, o centro fica com tensão nula (linha neutra) e a borda inferior fica tracionada. Entre as
bordas, no regime elástico, a tração varia linearmente.
A tensão máxima de flexão fb (tração ou compressão) pode ser calculada por
fb = W
M =
I
cM ⋅
M: momento fletor
W: módulo de resistência elástico
Por sua vez, o módulo elástico pode ser calculado por
c
IW =
I: momento de inércia
c: distância da linha neutra até a borda
De quantos modos uma viga submetida à flexão pode falhar?
(a) Por escoamento
(b) Por flambagem localizada das placas comprimidas
(c) Por flambagem lateral torcional (FLT)
(d) Por esmagamento da alma sob cargas concentradas elevadas
A medida em que aplicamos um momento fletor crescente em uma barra, ocorrem as seguintes
fases:
(a) a tensão de flexão nas bordas fb é inferior à tensão de escoamento fy;
(b) a tensão de flexão nas bordas fb cresce até atingir a tensão de escoamento fy (M = My);
(c) as partes internas da peça começam também a se plastificar (My < M < Mp);
(d) toda a seção se plastifica até a linha neutra e a peça entra em colapso (M = Mp).
M
M
-fb
fb
c Linha
Neutra
−fy
fy
MyMy −fy
fy
Mp Mp −fy
fy
M M -fb
fb
M
M
129
My: Momento de início de plastificação, = Wfy
Mp: Momento de plastificação total, = Zfy
Z: módulo plástico da seção
Coeficiente de forma da seção =
y
p
M
M
=
W
Z
8.2 Módulo plástico Z e coeficiente de forma Z/W (Pfeil, p.138):
Seção Módulo plástico Z Coeficiente de forma Z/W
Eixo x-x (horizontal)
btF (d – tF) + ¼ tw(d – 2tF)2
Eixo y-y (vertical)
½ b2tF + ¼ tw2(d – 2tF)
1,5
b
h
h h3/6
1,12 (aprox.)
1,55 (aprox.)
¼ bh2
1,70
th2 1,27
tF
d
b
tw ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −−
22 21211
4 d
t
b
tbd Fw 1,12 (aprox.)
tF
d
b
tw
h t
Nota: t<<h
130
8.3 Classificação de vigas segundo a NBR 8800:
(a) Vigas com contenção lateral contínua
(b) Vigas sem contenção lateral contínua (sujeitas à flambagem lateral torcional - FLT)
8.4 Dimensionamento de vigas com contenção lateral contínua segundo a NBR 8800:
Classe Designação Comportamento
1 Seções Supercompactas
Antes que ocorra flambagem local, permitem que
(a) seja atingido o momento de plastificação total (Mp);
(b) redistribuição de momentos em estruturas hiperestáticas.
2 Seções Compactas Antes que ocorra flambagem local, permitem que seja atingido o momento de plastificação total (Mp).
3 Seções Não-Compactas Antes que ocorra flambagem local, permitem que seja atingido o momento de início de plastificação (My).
4 Seções Esbeltas A flambagem local ocorre antes que seja atingido o momento de início de plastificação (My).
My
Mp
M
θ
My
Mp
M
θ
My
Mp
M
θ
My
Mp
M
θ
Classe 1
Seções Supercompactas
Colapso em M = Mp
Classe 2
Seções Compactas
Colapso em M = Mp
Classe 3
Seções Não-Compactas
Colapso em My < M < Mp
Classe 4
Seções Esbeltas
Colapso em M < My
131
Valores limites da razão largura/espessura λb para vigas I e H (Pfeil, p.140)
Classe da Seção Flambagem
local Aço Classe 1 Supercompacta
Classe 2
Compacta
Classe 3
Não-Compacta
Geral 0,30 yFE / λbp = 0,38 yFE / λbr = k )/( ry FFE −
MR 250 8,5 11 39k
Mesa
λb =
F
F
t
b
2
AR 345 7 9 30k
Geral 2,35 yFE / λbp = 3,50 yFE / λbr = 5,6 yFE /
MR 250 67 100 160
Alma
λb =
wt
h
AR 345 57 85 136
Notas: (a) Fr: tensão residual, = 1,15 tf/cm2 (115 MPa);
(b) k = 0,82 para perfis laminados e k = 0,62 para perfis soldados;
(c) para perfis U, λb = bF/tF;
(d) os elementos de um perfil (flange e alma) podem ficar em classes diferentes. O perfil é
classificado pelo caso mais desfavorável;
(e) para o significado dos termos, ver figura abaixo.
Momento resistente de projeto Md
Md = φbMn
φ b = 0,90
Mn: Momento resistente nominal
Momento resistente nominal
Classe Designação Momento resistente nominal Mn
1 Seção Supercompacta Mp = ZxFy
2 Seção Compacta Mp = ZxFy
3 Seção Não-Compacta Interpolação linear entre Mp = ZxFy e Mr = Wx (Fy –Fr)
4 Seção Esbelta Mcr = WxFcr
Mr
Mp
Mn
λb
Mcr
λbr λbp
2 3 4
tw h
tF
bF
d
132
8.5 Dimensionamento de vigas sem contenção lateral contínua segundo a NBR 8800:
O flange comprimido de um perfil metálico sujeito à flexão pode sofrer flambagem lateral se não
houver uma contenção lateral contínua. A parte comprimida da viga desloca-se lateralmente mas é
parcialmente contida pela parte tracionada da viga, causando torção da viga (flambagem lateral
torcional - FLT). É possível ainda haver simultaneamente flambagem localizada, mas este caso não
será tratado aqui.É obrigatório o apoio lateral do flange comprimido da viga nos pontos de apoio para impedir a rotação
da viga em torno de um eixo longitudinal.
Comprimento sem contenção lateral Lb
É a distância entre apoios que impedem a rotação do flange comprimido.
O momento resistente de projeto Md é função do comprimento sem contenção lateral Lb
Md = φbMn
φ b = 0,90
Mn: Momento resistente nominal
15 m
15 m
Lb= 15 m
10 m
10 m
10 m
Lb= 10 m
10 m
20 m
Lb= ? Lb= 30 m
30 m
133
(a) Viga curta (Lb ≤ Lbp)
Mn = Mp = ZFy
(b) Viga longa (Lb > Lbr)
Mn = Mcr
(c) Viga intermediária (Lbp < Lb ≤ Lbr)
O momento resistente nominal é obtido por interpolação linear entre Mp e Mr
Mn = Mp – (Mp – Mr)
bpbr
bpb
LL
LL
−
−
onde Mr = Wx(Fy –Fr) e Mp = ZxFy.
Nota: Estas vigas também devem atender a condições de flambagem localizada.
Seção Lbp Lbr Mr Mcr
I
H 1,75 ry
yF
E 2
2
2
)(75,40
119,19
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛−=
++
F
T
ry
b
F
T
A
drFF
EC
X
X
XA
dr
Wx(Fy − Fr)
CbWx 22
2
1 ff +
f1 =
Fb AdL
E
/
69,0
f2 = ( )2/
70,9
Tb rL
E
U 1,75 ry
yF
E
Fry
b
AdFF
EC
/)(
69,0
− Wx(Fy − Fr) Fb
xb
AdL
WEC
/
69,0
Retangular
Caixão
AI
M
Er
T
p
y13,0
r
Tyb
M
AIErC95,1
WxFy
(Retangular)
Wx(Fy − Fr)
(Caixão)
AI
L
rEC
T
b
yb95,1
Notas:
(a) Seções fletidas em torno do eixo de maior inércia.
(b) rT: raio de giração da mesa comprimida mais ⅓ da região comprimida da alma,
rT =
wFF
FF
wFF
FF
htbt
bt
htbt
bt
2126/
12/ 33
+=+
Mr
Mp
Mn
Lb
Mcr
Lbr Lbp
a c b
134
(c) f1: Contribuição da resistência à torção da viga
f2: Contribuição da resistência ao empenamento dos flanges
(Os perfis U têm apenas resistência à torção).
(d) Cb: Coeficiente que leva em conta o efeito favorável do momento fletor variável. Em qualquer
situação, Cb ≥ 1.
(e) AF: Área do flange, = bF tF.
(f) Aço MR250: Lbp = 50 ry
Aço AR345: Lbp = 43 ry
8.6 Esforço cortante:
O esforço cortante pode causar a flambagem da alma em perfis onde a razão h/tw é grande. Em
perfis laminados, a alma normalmente não sofre flambagem, falhando por compressão direta. O valor
limite da razão h/tw para evitar a flambagem pode ser calculado por (Pfeil, p.155)
yw F
E
t
h 50,2≤ .
Para o aço MR250, o limite vale 71; para o aço AR345, o limite vale 60.
Neste caso, o esforço cortante de projeto Vd é dado por
Vd = φ vAw (0,60Fy)
φ v = 0,90
Aw: área efetiva de cisalhamento da alma (ver NBR 8800, seção 5.1.1.4)
8.7 Enrigecedores:
Enrigecedores são utilizados para aumentar a resistência da alma ao cortante ou sob cargas
concentradas e apoios.
8.8 Peças submetidas à compressão e flexão simultâneas (Flexocompressão):
Se a peça for submetida a flexão nos eixos x e y, deve atender às seguintes condições:
1≤++
dy
sy
dx
sx
d
s
M
M
M
M
N
N
1
73,0
1
73,0
1
≤
−
+
−
+
Ey
s
my
dy
sy
Ex
s
mx
dx
sx
d
s
N
N
C
M
M
N
N
C
M
M
N
N
Nestas equações,
Ns: força de compressão solicitante de projeto (solicitação de projeto)
Nd: força de compressão resistente de projeto (resistência de projeto)
NEx, NEy: força crítica de Euler para os eixos x e y
Msx, Msy: momentos solicitantes atuando nos eixos x e y (solicitação de projeto)
Mdx, Mdy: momentos resistentes de projeto nos eixos x e y (resistência de projeto)
Cmx, Cmy: coeficientes de equivalência de momentos (podem ser tomados =1).
Equações como as acima, que envolvem dois ou mais tipos de esforços (compressão e
momento fletor) são chamadas de equações de interação.
135
8.9 Peças submetidas à compressão e flexão simultâneas (Flexotração):
1≤++
dy
sy
dx
sx
d
s
M
M
M
M
T
T
Nesta equação,
Ts: força de tração solicitante de projeto (solicitação de projeto)
Td: força de tração de projeto (resistência de projeto)
Os outros termos têm os mesmos significados da flexocompressão.
8.10 Exemplos
Exemplo 1: Calcule o momento resistente de projeto de uma viga I 18” × 89,3 kg/m, suportada
lateralmente, aço MR250.
(a) Classe da seção
Pela tabela,
bF = 15,46 cm
tF = 1,76 cm
h = 42,2 cm
tw = 1,39 cm
76,12
46,15
2 ×=F
F
t
b = 4,8 < 8,5 (v. pág. 130)
39,1
2,42=
wt
h = 30,3 < 67 (v. pág.130)
Como as duas condições da Classe 1 são atendidas, a seção é supercompacta.
(b) Momento resistente de projeto Md
Md = φ b Mn
φ b = 0,90
Mn = Mp = ZxFy
Como a tabela não fornece o valor de Zx (v. pág. 179), vamos usar a aproximação Zx = 1,12 Wx (v. pág.
128):
Zx = 1,12 × 1.541
Zx = 1.726 cm
3
Mn = Mp = 1.726 × 2,50
Mn = 4.315 tf·cm
Md = 0,90 × 4.315 (v. pág. 7)
Md = 3.884 tf·cm
Exemplo 2: Verificar se o perfil I 10” × 37,7 kg/m, aço MR250, contido lateralmente, tem condições
de suportar um momento fletor composto por uma parcela permanente de 5,5 tf·m mais outra variável
de 1,0 tf·m.
tw
h
tF
bF
d
136
(a) Solicitação de projeto Ms
Ms = 1,4 × 5,5 + 1,4 × 1,0
Ms = 9,10 tf·m
Ms = 910 tf·cm
(b) Classe da seção
Pela tabela,
bF = 11,84 cm
tF = 1,25 cm
h = 22,90 cm
tw = 0,787 cm
25,12
84,11
2 ×=F
F
t
b = 4,7 < 8,5 (v. pág. 130)
787,0
90,22=
wt
h = 29,1 < 67 (v. pág. 130)
Como as duas condições da Classe 1 são atendidas, a seção é supercompacta.
(c) Momento resistente de projeto Md
Md = φ b Mn
φ b = 0,90
Mn = Mp = ZxFy
Zx = 465 cm
3 (tabela) (v. pág. 179)
Mn = Mp = 465 × 2,50
Mn = 1.163 tf·cm
Md = 0,90 × 1.163
Md = 1.047 tf·cm
(d) Como Md > Ms, o perfil tem condições de suportar o carregamento.
Exemplo 3: Calcule a maior carga de utilização uniformemente distribuída para uma viga construída
com um perfil I 10” × 37,7 kg/m, aço MR250, contido lateralmente, vão 10 m. Não esqueça o peso
próprio da viga.
(a) Solicitação de projeto Ms
Ms = 1,4 MPP + 1,5 MUtil
MPP = 1/8 qPP L
2
qPP = 37,7 kg/m = 37,7 (10−5) tf/cm (por que?)
L = 10 m = 1.000 cm
MPP = 1/8 37,7 (10
−5) (1.000)2
MPP = 47,13 tf·cm
MUtil = 1/8 qUtil L
2
MUtil = 1/8 qUtil (1.000)
2
MUtil = 125.000 qUtil
Ms = 1,4 × 47,13 + 1,5 × 125.000 qUtil
tw h
tF
bF
d
137
Ms = 66,00 + 187.500 qUtil
(b) Momento resistente de projeto Ms (já determinado no Exemplo 2)
Ms = 1.047 tf·cm
(c) Carga de utilização qUtil
Igualando Ms a Md,
66,00 + 187.500 qUtil = 1.047 tf·cm
qUtil = 0,00523 tf/cm
qUtil = 0,523 tf/m
Exemplo 4: Neste exemplo e em vários outros a seguir, vamos considerar o perfil I 12” × 60,6 kg/m,
aço ASTM A36. Calcule o seu momento de plastificação Mp.
Da tabela, (v. pág. 179)
bF = 13,34 cm
tF = 1,67 cm
h = 27,14 cm
tw = 1,17 cm
Wx = 743 cm
3
Zx = 870 cm
3
ry = 2,70 cm
Portanto,
Mp = Zx Fy (v. pág. 130)
Mp = 870 × 2,50
Mp = 2.175 tf·cm
Exemplo 5: Calcule o “momento residual” Mr para o perfil I 12” × 60,6 kg/m, aço ASTM A36.
Para perfis I, (v. pág. 130)
Mr = Wx (Fy – Fr)
Mr = 743 (2,50 – 1,15)
Mr = 1.003 tf·cm
Nota: O momento resistente de projeto Md neste caso é 0,90 × 1.003 = 903 tf·cm.
Exemplo 6: Calcule o comprimento Lbp para o perfil I 12” × 60,6 kg/m, aço ASTM A36.
Paraperfis I aço MR250,
Lbp = 50 ry (v. pág. 133)
Lbp = 50 × 2,70
Lbp = 135 cm
tw h
tF
bF
d
672,23
17,1
14,27
5,899,3
67,12
34,13
2
<==
<=×=
W
F
F
t
h
t
b
⇒ Classe 1
138
Exemplo 7: Calcule o comprimento Lbr para o perfil I 12” × 60,6 kg/m, aço ASTM A36.
Lbr = 2
2
119,19 X
XA
dr
F
T ++ (v. pág. 132)
rT =
17,114,27234,1367,112
34,1367,1
212
33
××+××
×=+ wFF
FF
htbt
bt = 3,46 cm
d = 30,48 cm (altura do perfil)
AF = 13,34 (1,67) = 22,28 cm2 (área do flange)
X =
2
)(75,40 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛−
F
T
ry
b A
drFF
EC
Cb = 1 (por simplicidade de cálculo)
E = 2.100.000 kgf/cm2 (v. pág. 130)
X =
2
28,22
)48,30(45,3)150.1500.2(
)000.100.2(1
75,40 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−
X = 0,588
Lbr = 2
2
)588,0(11
)588,0(28,22
)48,30()46,3(9,19 ++
Lbr = 815 cm
Exemplo 8: Qual o momento resistente de projeto para o perfil do Exemplo 4 no caso de contenção
lateral contínua?
Usando os dados do Exemplo 4,
67,12
34,13
2 ×=F
F
t
b = 4,0 < 8,5
17,1
14,27
0
0 =
t
h
= 23,2 < 67
Como as duas condições da Classe 1 são atendidas, a seção é supercompacta. Logo,
Md = φ b Mn
φ b = 0,90
Mn = Mp = 2.175 tf·cm (Exemplo 4)
Md = 0,90 × 2.175
Md = 1.958 tf·cm
Exemplo 9: Qual o momento resistente de projeto para o perfil do Exemplo 4 para um comprimento
sem contenção lateral de 5,00 m?
O comprimento destravado (sem contenção lateral) vale Lb = 5,00 m = 500 cm.
Dos Exemplos 6 e 4, Lbp = 135 cm, Mp = 2.175 tf·cm
Dos Exemplos 7 e 5, Lbr = 815 cm, Mr = 1.003 tf·cm
139
Portanto, Lbp < Lb < Lbr.
Assim, temos uma viga intermediária. O momento resistente nominal é obtido por interpolação linear
entre Mp e Mr: (v. pág. 132)
Mn = Mp – (Mp – Mr)
bpbr
bpb
LL
LL
−
−
Mn = 2.175 – (2.175 – 1.003) × 135815
135500
−
−
Mn = 1.546 tf·cm
Logo,
Md = φ b Mn
φ b = 0,90
Md = 0,90 × 1.546
Md = 1.391 tf·cm
Observe que este valor é inferior ao momento de projeto de uma viga com contenção lateral contínua.
E se não fosse?
Exemplo 10: Qual o momento resistente de projeto para o perfil do Exemplo 4 para um comprimento
sem contenção lateral de 10,00 m?
O comprimento sem contenção lateral vale agora Lb = 10 m = 1.000 cm.
Da Questão 7, Lbr = 815 cm.
Portanto, Lb > Lbr. Assim, temos uma viga longa. O momento resistente nominal é dado por (v.
pág.132):
Mn = Mcr
Mcr = CbWx 22
2
1 ff +
Cb = 1 (por segurança)
Wx = 743 cm3
f1 =
Fb AdL
E
/
69,0
E = 2.100 tf/cm2
Lb = 1.000 cm
d = 30,48 cm (altura do perfil)
AF = 13,34 (1,67) = 22,28 cm2 (área do flange)
f1 =
28,22/48,30000.1
100.269,0
×
× = 1,059 tf/cm2
f2 = ( )2/
70,9
Tb rL
E
rT = 3,46 cm (Exemplo 7)
f2 = ( )246,3/000.1
100.270,9 × = 0,244 tf/cm2
Mcr = 1 × 743 × 22 )244,0()059,1( +
Mn = Mcr = 807,5 tf⋅cm
140
Momento resistente de projeto Md
Md = φbMn
φ b = 0,90
Md = 0,90 × 807,500
Md = 727 t⋅cm
Exemplo 11: Trace o gráfico resumindo os resultados dos exemplos anteriores.
Observe a queda sensível do momento resistente de projeto Md com o aumento do comprimento sem
contenção lateral. Sem contenção lateral, o flange comprimido pode flambar, causando torção na viga
e reduzindo sua capacidade de resistir ao momento fletor. Como a tensão crítica de flambagem varia
com o inverso do comprimento sem contenção lateral (Lb), a falta da contenção lateral é especialmente
crítica em vigas longas, pois elas podem falhar bem antes de atingir a tensão de escoamento.
Exemplo 12: Determine qual a máxima força cortante de utilização que pode ser absorvida pelos
seguintes perfis MR-250: (a) I 10” × 37,7 kg/m, (b) I 12” × 60,6 kg/m e (c) I 20” × 121,2 kg/m (v.
pág. 133)
(a) I 10” × 37,7 kg/m
wt
h =
787,0
90,22 = 29,1 < 71
Vd = φ vAw (0,60fy)
φ v = 0,90
Aw = dtw = 25,40 × 0,787 = 19,99 cm2 (ver NBR 8800, seção 5.1.1.4)
Vd = 0,90 × 19,99 × (0,60 × 2,50) = 26,99 tf
1,5V = Vd = 26,99 tf
V = 17,99 tf
1.000
(Lbp = 135, Md = 1.958) →Ex. 4 e 6
(Lbr = 815, Md = 903) →Ex. 5 e 7
Md (tf⋅cm)
Lb (cm)
500 1.000
(Lb = 1.000, Md = 727) →Ex. 10
2.000
(Lb = 500, Md = 1.391) →Ex. 9
0
141
(b) I 12” × 60,6 kg/m
wt
h =
17,1
14,27 = 23,2 < 71
Vd = φ vAw (0,60Fy)
φ v = 0,90
Aw = dtw = 30,48 × 1,17 = 35,66 cm2
Vd = 0,90 × 35,66 × (0,60 × 2,50) = 48,14 tf
1,5V = Vd = 48,14 tf
V = 32,10 tf
(c) I 20” × 121,2 kg/m.
wt
h =
52,1
14,46 = 30,4 < 71
Vd = φ vAw (0,60Fy)
φ v = 0,90
Aw = dtw = 50,80 × 1,52 = 77,22 cm2
Vd = 0,90 × 77,22 × (0,60 × 2,50) = 104,24 tf
1,5V = Vd = 104,24 tf
V = 69,49 tf
142
Galpão Modelo
1. Características do Galpão
Uso: Industrial
Dimensões: 18 x 60 m
Pé direito: 6m
Espaçamento entre colunas: 6 m
Cobertura: Chapa zincada trapezoidal
Tapamento: Alvenaria até 2m e o restante com chapa zincada trapezoidal
Portas: 4 m x 5 m, uma na face frontal e outra na traseira
2. Sistema estrutural
Treliças em aço conforme desenho da página seguinte.
Banzos: 2 L 3” x 9,1 kg/m ligados por chapas de 5/16”
Diagonais e Montantes: 2 L 2.1/2” x 7,4 kg/m ligados por chapas de 5/16”
Colunas:
3. Especificações
Estrutura: ASTM A36
Chumbadores: SAE 1020
Solda: Eletrodo E-6018
Parafusos: ASTM A325
4. Normas
NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios
NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações
143
5. Modelo Estrutural
6 x 3m = 18m
NR 0,000 m
NR 6,000 m
NR 7,000 m
NR 7,800 m
Seção transversal típica
10 x 6m = 60 m
6 x 3m = 18m
Plano de cobertura
2 x 0,5m
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
15
14
16
144
Área de influência dos nós do banzo superior
Para efeito de cálculo, vamos considerar as forças atuando nos nós do banzo superior. Como as
colunas estão espaçadas de 6 m, cada área de influência (em m2) é igual a 6 vezes a largura. Observe
que a área real é igual à área em projeção horizontal dividida por cos 5°.
Nós Área em projeção horizontal (m2)
Área real
(m2)
1, 16 6 x 0,25 = 1,50 1,51
3, 15 6 x 1,75 = 10,50 10,54
Outros nós 6 x 3,00 = 18,00 18,07
Observe que a área de influência em projeção horizontal dos nós 3 e 15 é composta de uma
parcela no beiral (6 x 0,25 = 1,50 m2) e outra parcela sobre o interior do galpão (6 x 1,50 = 9,00 m2),
totalizando 10,50 m2. Os valores reais das parcelas são 1,51 m2 e 9,03 m2, totalizando 10,54 m2.
6. Carga Permanente
A estimativa do peso próprio da cobertura, em kgf por m2 de área em projeção horizontal, está
mostrada na tabela abaixo. A tabela seguinte apresenta as forças nodais no banzo superior. Como o
peso é vertical para baixo, sua componente horizontal é nula. Observe que as forças verticais para
baixo são consideradas aqui como negativas.
Item Peso (kgf/m2)
(a) Peso próprio da treliça 15
(b) Peso das terças 8
(c) Telhas de chapa zincada trapezoidal Perkrom PK-40,
espessura de 0,50 mm.
5
Total 28
3
5
7
9
11
1315
3 5 7 9 11 13 15
6 m
6 m
6 m
0,5 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m
1 16
161
145
Nó Área em projeção horizontal (m2)
Força X
(kgf)
Força Y
(kgf)
1 1,50 0,0 -42,0
3 10,50 0,0 -294,0
5 18,00 0,0 -504,0
7 18,00 0,0 -504,0
9 18,00 0,0 -504,0
11 18,00 0,0 -504,0
13 12,00 0,0 -504,0
15 10,50 0,0 -294,0
16 1,50 0,0 -42,0
7. Sobrecarga Acidental
A NBR 8800, item B-3.6.1, prevê uma sobrecarga acidental vertical de 25 kgf por m2 em
projeção horizontal. A norma deixa uma abertura para redução dessa carga caso o projetista possa
comprovar uma sobrecarga menor. Aqui, vamos adotar o valor previsto em norma. Observe que a
componente X da sobrecarga acidental é nula.
Nó Área em projeção horizontal (m2)
Força X
(kgf)
Força Y
(kgf)
1 1,50 0,0 -37,5
3 10,50 0,0 -262,5
5 18,00 0,0 -450,0
7 18,00 0,0 -450,0
9 18,00 0,0 -450,0
11 18,00 0,0 -450,0
13 12,00 0,0 -450,0
15 10,50 0,0 -262,5
16 1,50 0,0 -37,5
8. Cargas de Vento
(a) Velocidade característica vk
vk = v0 S1 S2 S3 (m/s) → (v. pág. 62)
v0 = 30 m/s (velocidade básica de vento em Fortaleza) → (v. pág. 62)
S1 = 1,0 (Fator topográfico, região plana) → (v. pág. 63)
S2 = 0,95 (Fator de rugosidade) → (v. pág. 65)
Categoria II: Terreno aberto com poucos obstáculos → (v. pág. 64)
Classe C: Maior dimensão do galpão 60 m > 50 m → (v. pág. 64)
h = 7,80 m (menor que 10 m). Poderíamos dividir a nossa estrutura em duas
áreas, para efeito de S2. Por simplicidade, vamos considerar apenas a área
mais alta.)
S3 = 0,95 (Fator estatístico, instalação industrial com baixo fator de ocupação) → (v.
pág. 65)
vk = 30 (1,0) (0,95) (0,95)
vk = 27,08 m/s (98 km/h)
146
(b) Pressão dinâmica q
16
2
kvq = (kgf/m2)
16
)08,27( 2=q = 45,82 kgf/m2
(c) Pressão interna
Considerando as quatro paredes igualmente permeáveis ao vento, vamos considerar o
caso mais nocivo de
cpi = -0,30 → (v. pág. 75)
cpi = 0
(d) Pressão nas paredes → (v. pág. 68)
Cálculos preliminares
a = 60 m 39,0
18
7 ==
b
h
2
1≤
b
h
b = 18 m 33,3
18
60 ==
b
a 42 ≤≤
b
a
h = 7 m
y = Mín (0,2b; h) A1 = Máx(⅓ b; ¼ a) C1 = Mín(2h; ½ b)
y = Mín (0,2 × 18; 7) A1 = Máx(⅓ × 18; ¼× 60) C1 = Mín(2 × 7; ½ × 18)
y = Mín (3,6; 7) A1 = Máx (6; 15) C1 = Mín (14; 9)
y = 3,6 m A1 = 15 > 2h = 2(7) = 14 C1 = 9 m
A1 = 14 m C2 = 18 – C1
A2 = 30 – A1 C2 = 18 – 9
A2 = 30 – 14 C2 = 9 m
A2 = 16 m
y
h
b = 18
Vento a 0°
Vento
a 90°
a = 60
A1
A2
B1
B2
A3 B3
C
D
C1 C2
A B
D1 D2
LC
147
A3 = ½ a
A3 = ½ (60)
A3 = 30 m
Valores de Ce
Como existem sucções e sobrepressões nas paredes, vamos considerar o efeito combinado das
pressões internas. Devemos lembrar que o vento pode soprar de qualquer direção. Embora a NBR
6123 permita considerar regiões menos pressurizadas, vamos considerar pressões uniformes em todas
as paredes. Assim, temos em princípio dois casos a considerar para o efeito combinado de pressões
internas e externas:
LC-0,5
Vento
a 90°
C1 C2
A B
D1 D2
+0,7
-0,9 -0,5
-0,9 -0,5
Vento a 0°
A1
A2
B1
B2
A3 B3
C
D
-0,8
-0,4
-0,2
-0,8
-0,4
-0,2
+0,7
-0,3
+1,0 +1,0
+1,0
+1,0
Sobrepressões nas paredes (Ce - cpi)
-0,8 -0,8
-0,9
-0,9
Sucções nas paredes (Ce - cpi)
148
Nos quatro cantos das paredes, em faixa de largura y = 3,6 m, temos sucções localizadas com
cpe = -1,0.→ (v. pág. 68)
Na região do beiral, temos Ce = +0,7 ou Ce = -0,9. Estes valores devem ser combinados com a
pressão no telhado a fim de se obter a situação mais crítica para o carregamento do telhado. → (v. pág.
146)
(e) Pressão no telhado
Cálculos preliminares: → (v. pág. 69 e 70)
a = 60 m > b 39,0
18
7 ==
b
h
2
1≤
b
h
b = 18 m 33,3
18
60 ==
b
a 2≥
b
a
h = 7 m
θ = 5°
y = Mín (0,15b; h) x = Máx(⅓ b; ¼ a)
y = Mín (0,15 × 18; 7) x = Máx(⅓ × 18; ¼ × 60)
y = Mín (2,7; 7) x = Máx (6; 15)
y = 2,7 m x = 15 > 2h = 2(7) = 14
x = 14 m
θ
h
y
y
E G
F H
I J
b
a
α
Vento
y
LC
x
149
Notas:
(1) Como a/b > 2, nas regiões I e J, para vento a 0°, Ce = -0,2.
(2) Como todo o telhado fica submetido à sucção, a pior situação de pressão interna é cpi = 0.
Conclusão:
Considerando a inversão da direção do vento e visando a simplificação dos cálculos, vamos
adotar os seguintes valores para o cálculo da pressão no telhado:
(1) Ce = -0,9 (sucção)
(2) cpe = -1,4 (sucção)
(3) Para o beiral de 0,50 m, considerando que o telhado será submetido à sucção, a pior situação da
pressão na parede será uma sobrepressão de +0,7. Assim, para o beiral, temos um “Ce”= -1,6 (sucção).
A tabela abaixo apresenta as forças nos nós do banzo superior da treliça devido a sucção do
vento. A área afetada pelo vento são as telhas, e devemos levar em conta a sua inclinação, ou seja,
dividir sua projeção horizontal por cos 5°. A pressão do vento é perpendicular ao telhado, originando
uma componente X da força. A sucção do vento provoca forças Y para cima, positivas em nossa atual
convenção. A força é calculada por F = CeqA, onde q = 45,82 kgf/m2 e A a área de influência do nó.
Ce = +0,7
(parede)
Ce = -0,9
(telhado)
Vento a 0°
-1,4
-1,2
-1,2
-0,8
-0,4 -0,4
-0,8
-0,2 -0,2
-1,4
-1,2 -0,9 -0,4
-0,9 -0,4
-1,4
-1,2
-1,0
Vento
a 90°
Valores de Ce e de cpe para o telhado
-1,0
150
Nó Ce
Área real
(m2)
Força
(kgf)
Força X
(kgf)
Força Y
(kgf)
1 -1,6 1,51 110,7 -9,6 110,3
-1,6 1,51 110,7
-0,9 9,03 372,4 3
483,1
-42,1 481,3
5 -0,9 18,07 745,2 -65,0 742,4
7 -0,9 18,07 745,2 -65,0 742,4
9 -0,9 18,07 742,4 0,00 742,4
11 -0,9 18,07 745,2 65,0 742,4
13 -0,9 18,07 745,2 65,0 742,4
-0,9 9,03 372,4
-1,6 1,51 110,7 15
483,1
42,1 481,3
16 -1,6 1,51 110,7 9,7 110,3
Observe os seguintes fatos:
(a) Nós 3 e 15: Parte da área de influência destes nós fica no beiral (A = 1,51 m2, Ce = -1,6) e
parte fica sobre o interior do galpão (A = 9,03 m2, Ce = -0,9).
(b) Nó 9: A metade da área de influência deste nó fica em cada lado da água, cancelando
portanto sua componente X.
(c) Nós 1, 3, 5 e 7: Ficam sobre a água esquerda, dando componente negativa X da força.
(d) Nós 11, 13, 15 e 16: Ficam sobre a água direita, dando componente positiva X da força.
9. Sobrepressão de vento no telhado
Vamos considerar, para efeito didático, uma sobrepressão de vento igual a 0,1q, onde q é a
pressão dinâmica do vento (45,82 kgf/m2).
Nó Área (m2)
Força
(kgf)
Força X
(kgf)
Força Y
(kgf)
1 1,51 6,9 0,6 -6,9
3 10,54 48,3 4,2 -48,1
5 18,07 82,8 7,2 -82,5
7 18,07 82,8 7,2 -82,5
9 18,07 82,8 0,0 -82,5
11 18,07 82,8 -7,2 -82,5
13 18,07 82,8 -7,2 -82,5
15 10,54 48,3 -4,2 -48,1
16 1,51 6,9 -0,6 -6,9
y
3
5
7
9
11
13
15 1 16
x
151
Observe os seguintes fatos:
(a) Nó 9: A metade da área de influência deste nó fica em cada lado da água, cancelando
portanto sua componente X.
(b) Nós 1, 3, 5 e 7: Ficam sobre aágua esquerda, dando componente positiva X da força.
(c) Nós 11, 13, 15 e 16: Ficam sobre a água direita, dando componente negativa X da força.
10. Combinações de carga no telhado
Vamos considerar as seguintes combinações de carga no telhado:
Combinação 1: Carga base Sobrecarga
Sd = γg PP + γ1 SC + ψ2γ2 VtSPr
Sd = 1,4 PP + 1,4 SC + 0,60 (1,4) VtSPr
Combinação 2: Carga base Vento Sobrepressão
Sd = γg PP + γ1 VtSPr + ψ2γ2 SC
Sd = 1,4 PP + 1,4 VtSPr + 0,65 (1,4) SC
Combinação 3: Carga base Vento Sucção
Sd = γg PP + γ1 VtSuc
Sd = 0,9 PP + 1,4 VtSuc
Note dois fatos para a Combinação 3 :
(1) γg = 0,9 (pois a carga permanente trabalha a favor da segurança, retendo o telhado contra a
sucção do vento).
(2) A sobrecarga acidental é ignorada pois também trabalha a favor da segurança, retendo o
telhado contra a sucção do vento.
y
3
5
7
9
11
13
15 1 16
x
152
Aplicando as equações acima, obtemos os seguintes valores para as cargas nos nós:
Componente X (kgf)
Nó Carga Permanente Sobrecarga
Vento
Sobrepressão
Vento
Sucção Comb 1 Comb 2 Comb 3
1 0,0 0,0 0,6 -9,7 1 1 -14
3 0,0 0,0 4,2 -42,1 4 6 -59
5 0,0 0,0 7,2 -65,0 6 10 -91
7 0,0 0,0 7,2 -65,0 6 10 -91
9 0,0 0,0 0,0 0,00 0 0 0
11 0,0 0,0 -7,2 65,0 -6 -10 91
13 0,0 0,0 -7,2 65,0 -6 -10 91
15 0,0 0,0 -4,2 42,1 -4 -6 59
16 0,0 0,0 -0,6 9,7 -1 -1 14
0,0 0,0 0,0 0,0 0 0 0
(1) Valor positivo: Força para a direita
(2) Valor negativo: Força para a esquerda
Componente Y (kgf)
Nó Carga Permanente Sobrecarga
Vento
Sobrepressão
Vento
Sucção Comb 1 Comb 2 Comb 3
1 -42,0 -37,5 -6,9 110,3 -117 -103 117
3 -294,0 -262,5 -48,1 481,3 -820 -718 409
5 -504,0 -450,0 -82,5 742,4 -1.405 -1.231 586
7 -504,0 -450,0 -82,5 742,4 -1.405 -1.231 586
9 -504,0 -450,0 -82,5 742,4 -1.405 -1.231 586
11 -504,0 -450,0 -82,5 742,4 -1.405 -1.231 586
13 -504,0 -450,0 -82,5 742,4 -1.405 -1.231 586
15 -294,0 -262,5 -48,1 481,3 -820 -718 409
16 -42,0 -37,5 -6,9 110,3 -117 -103 117
-3.192,0 -2.850,0 -522,5 4.895,2 -8.899 -7.797 3.982
(1) Valor positivo: Força para cima
(2) Valor negativo: Força para baixo
11. Cálculo dos esforços na treliça pelo Método das Seções de Ritter - Combinação 3
Como exemplo, vamos calcular os esforços na treliça pelo Método das Seções de Ritter para a
Combinação 3. Devido à simetria, precisamos calcular apenas até o centro da treliça.
Inicialmente, precisamos calcular as reações de apoio. Vamos considerar a treliça como sendo
bi-apoiada, com um apoio de segundo gênero no nó 1 e um apoio de primeiro gênero no nó 14.
Devido à simetria, cada reação de apoio vertical será igual à metade da resultante das forças
verticais, ou seja, cada reação vale 1.991 kgf para baixo. Como a resultante das forças horizontais é
nula, a reação horizontal também é nula.
153
Numeração dos nós da treliça e das seções
Cálculos Preliminares
Seção A - A:
A
A
B
B
C
C
E
E
F
F
G
G H H
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 16
D
D
ΣM2 = 0
F13 a + 117(50) –14(95,56) = 0
F13 = – 45,3 kgf
ΣFx = 0
F12 cos θ 1 + F13 cos 5,08° – 14 = 0
F12 = 127,5 kgf
117
14 F13
F12
θ 1
1
2
a
a = 100,00 cos 5,08° = 99,61 cm
b = 126,67 cos 5,08° = 126,17 cm
c = 153,33 cos 5,08° = 152,73 cm
d = 180,00 cos 5,08° = 179,29 cm
Os braços de alavanca a, b, c e d são
perpendiculares ao banzo superior.
θ 1 = tg –1 (95,56 / 50) = 62,38°
θ 2 = tg –1 (100 / 300) = 18,43°
θ 3 = tg –1 (126,67 / 300) = 22,89°
θ 4 = tg –1 (153,33 / 300) = 27,07°
r = 300 sen θ 2 = 94,87 cm
s = 300 sen θ 3 = 116,69 cm
t = 300 sen θ 4 = 136,53 cm
Os braços de alavanca r, s e t
são perpendiculares às
diagonais.
8 6
5,08°
a
b
c
d
r s
t
θ 2θ 1 θ 3 θ 4
1
2
3
5
4
7
9
154
Seção B - B:
Seção C - C:
Seção D - D:
ΣM3 = 0
–F24 (100) + 117(50) + 14(4,44) = 0
F24 = 59,1 kgf
ΣM1 = 0
–F23 (50) – F24 (95,56) + 1.991(50) = 0
F23 = 1.878,0 kgf
1
2
3 F13
117
14
1.991
F24
F23
ΣM4 = 0
F35 b + 409(300) – 59(100) + 117(350) – 14(95,56) –1.991(300) = 0
F35 = 3.494,4 kgf
ΣM2 = 0
F34 r + F35 a – 59(100) +117(50) – 14(95,56) = 0
F34 = –3.654,4 kgf
a
b
r
1
3
5
F24
F34
F35
4
117
14
2
1.991
409
59
6
a
5
4
1
3 14
2
1.991
409
59
F46
F45
F35
117
155
Seção E - E:
Seção F - F:
ΣM2 = 0
–F45 (300) + F35 a –59(100) + 117(50) –14(95,56) = 0
F45 = 1.155,6 kgf
ΣM3 = 0
–F46 (100) –F45 (300) + 117(50) + 14(4,44) = 0
F46 = –3.407,7 kgf
ΣM6 = 0
F57 c + 586(300) – 91(126,67) + 409(600) – 59(100) + 117(650) –14(95,56) –1.991(600) = 0
F57 = 4.688,8 kgf
ΣM4 = 0
F56 s + F57 b – 91(126,67) + 409(300) – 59(100) + 117(350) – 14(95,56) –1.991(300) = 0
F56 = –1.192,7 kgf
b
c
5
4 6
1
3 14
2
1.991
409
59
F46
F56
F57 117
7
586
91
s
1
a
5
4 6
3 14
2
1.991
409
59
F68
F67
F57 117 7
586
91
8
156
Seção G - G:
Seção H – H:
ΣM2 = 0
–F67 (600) + F57 a – 586(300) – 91(126,67) – 59(100) + 117(50) –14(95,56) = 0
F67 = 463,9 kgf
ΣM3 = 0
–F68 (100) – F67 (600) – 586(300) – 91(26,67) + 117(50) + 14(4,44) = 0
F68 = – 4.506,6 kgf
ΣM8 = 0
F79 d + 586(300 + 600) – 91(126,67 + 153,33) + 409(900) – 59(100) + 117(950) – 14(95,56) –
– 1.991(900) = 0
F79 = 4.562,3 kgf
ΣM6 = 0
F78 t + F79 c + 586(300) – 91(126,67 + 153,33) + 409(600) – 59(100) + 117(650) – 14(95,56) –
– 1.991(600) = 0
F78 = 243,7 kgf
1
c
d
5
4 6
3 14
2
1.991
409
59
F68
F78
F79
117 7
586
91
t
8
9
586
91
F810
6
7
9
8
11
10
F68
F78
F89
F811
θ 4 θ 4
157
Os esforços nos outros membros da treliça são determinados pela simetria da estrutura e do
carregamento.
A tabela abaixo resume os resultados obtidos, comparando a solução pelo Método das
Seções de Ritter com o Método por Elementos Finitos, teoricamente exato.
Elemento Método das Seções de Ritter
Método dos
Elementos Finitos Nota
1 1-3 –45 –25
2 3-5 3.494 3.445
3 5-7 4.689 4.671
4 7-9 4.562 4.557
5 9-11 4.562 4.557
6 11-13 4.689 4.671
7 13-15 3.494 3.445
8 15-16 –45 –25
Banzo Superior
9 2-4 59 2
10 4-6 –3.408 –3.394
11 6-8 –4.507 –4.490
12 8-10 –4.507 –4.490
13 10-12 –3.408 –3.394
14 12-14 59 2
Banzo Inferior
15 1-2 127 115
16 3-4 –3.654 –3.543
17 5-6 –1.193 –1.188
18 7-8 244 231
19 8-11 244 231
20 10-13 –1.193 –1.188
21 12-15 –3.654 –3.543
22 14-16 127 115
Diagonais
23 2-3 1.878 1.865
24 4-5 1.156 1.145
25 6-7 464 465
26 8-9 –222 –217
27 10-11 464 465
28 12-13 1.1561.145
29 14-15 1.878 1.865
Montantes
Por simetria,
F810 = F68 = – 4.507,8 kgf
F811 = F78 = 243,7 kgf
Pelo equilíbrio das forças verticais na seção,
F89 + 2F78senθ 4 = 0
F89 = –221,8 kgf
158
Como podemos observar, de modo geral a concordância entre os dois métodos de cálculo é
excelente. A única diferença significativa ocorre nas diagonais 3-4 e 12-15, cujos resultados dão uma
diferença de 111 kgf. No restante do trabalho, usaremos os resultados obtidos pelo Método dos
Elementos Finitos.
12. Solicitações de projeto para os membros da treliça
A tabela abaixo apresenta os esforços nos membros para as três combinações de carregamentos,
bem como os valores de projeto das solicitações para tração e compressão.
Elemento Comb 1 Comb 2 Comb 3 Tração Compressão Nota
1 1-3 10 8 −25 10 −25
2 3-5 −8.191 −7.179 3.445 3.445 −8.191
3 5-7 −10.966 −9.613 4.671 4.671 −10.966
4 7-9 −10.547 −9.250 4.557 4.557 −10.547
5 9-11 −10.547 −9.250 4.557 4.557 −10.547
6 11-13 −10.966 −9.613 4.671 4.671 −10.966
7 13-15 −8.191 −7.179 3.445 3.445 −8.191
8 15-16 10 8 −25 10 −25
Banzo
Superior
9 2-4 78 68 2 78 ---
10 4-6 8.239 7.217 −3.394 8.239 −3.394
11 6-8 10.914 9.561 −4.490 10.914 −4.490
12 8-10 10.914 9.561 −4.490 10.914 −4.490
13 10-12 8.239 7.217 −3.394 8.239 −3.394
14 12-14 78 68 2 78 ---
Banzo
Inferior
15 1-2 −99 −87 115 115 −99
16 3-4 8.517 7.461 −3.543 8.517 −3.543
17 5-6 2.902 2.541 −1.188 2.902 −1.188
18 7-8 −478 −421 231 231 −478
19 8-11 −478 −421 231 231 −478
20 10-13 2.902 2.541 −1.188 2.902 −1.188
21 12-15 8.517 7.461 −3.543 8.517 −3.543
22 14-16 −99 −87 115 115 −99
Diagonais
23 2-3 −4.305 −3.772 1.865 1.865 −4.305
24 4-5 −2.752 −2.411 1.145 1.145 −2.752
25 6-7 −1.135 −994 465 465 −1.135
26 8-9 452 397 −217 452 −217
27 10-11 −1.135 −994 465 465 −1.135
28 12-13 −2.752 −2.411 1.145 1.145 −2.752
29 14-15 −4.305 −3.772 1.865 1.865 −4.305
Montantes
Resumindo, temos para os membros mais tensionados:
Tração Compressão Membro Elementos Esforço (tf) Elementos Esforço (tf)
Banzo 6-8 e 8-10 10,91 5-7 e 11-13 −10.97
Diagonal ou Montante 5-6 e 10-13 2,90 2-3 e 14-15 −4.31
159
As diagonais 3-4 e 12-15 serão construídas com os mesmos materiais dos banzos por sofrerem
esforços muito maiores que as demais.
13. Dimensionamento dos Banzos Tracionados
Os banzos, bem como as diagonais 3-4 e 12-15, serão construídos com 2 cantoneiras
L 3” × 9,1 kg/m ligados por chapas de 5/16”, conforme a figura abaixo. As propriedades geométricas
da seção dos banzos são as seguintes (considerando as duas cantoneiras):
h = 7,62 cm → (v. pág. 181)
t0 = 0,79 cm (5”/16)
tC = 0,79 cm (5”/16)
yG = 2,21 cm
c = h – yG = 7,62 – 2,21 cm = 5,41 cm
A = 23,0 cm2
Ix = 124,8 cm4
Wx = 41,5
8,124=
c
I x = 23,07 cm3
Iy = 280,6 cm4 (Tabela do Pfeil, p.305)
Wy =
62,7
2
79,0
6,280
2
+
=
+ ht
I
C
y = 34,99 cm3
rx = 2,33 cm
ry = 3,50 cm
Para uma cantoneira isolada, rmín = 1,50 cm.
Vamos dimensionar os banzos considerando duas opções de ligações: soldadas e aparafusadas.
(a) Ligações soldadas
Ag = An = 23,0 cm2
Ae = Ct An
Ct = 0,75 (estimado) → (v. pág. 83)
Ae = 0,75 × 23,0 = 17,25 cm2
fy = 2,50 tf /cm2 (ASTM A36)
fu = 4,00 tf /cm2
yG
c h CG
h h tC
t0
160
A resistência de projeto Rd será dada pelo menor valor dos dois valores seguintes:
1. Ruptura da seção efetiva
Rd = φt Rn = φt AeFu
φt = 0,75
Rd = 0,75 × 17,25 × 4,00 = 51,75 tf
2. Escoamento da seção bruta
Rd = φt Rn = φt AgFy
φt = 0,90
Rd = 0,90 × 23,0 × 2,50 = 51,75 tf
Logo, a resistência de projeto será Rd = 51,75 tf. Como Sd = 10,91 tf para o membro mais
tracionado, a seção é adequada.
Vamos examinar agora o critério de rigidez, ou seja, verificar os limites de esbeltez. → (v. pág.
83)
1. Peça composta
L = °5cos
300 = 301 cm
r = rx = 2,33 cm
33,2
301=
r
L = 129 < 240 (membro principal, OK)
2. Cantoneira simples
r = rmín = 1,50 cm
50,1
301=
r
L = 201 < 240 (OK)
Possivelmente, ao verificarmos a peça à compressão, teremos que prever ligações adicionais
intermediárias entre as cantoneiras.
Vamos agora dimensionar a solda. O dimensionamento da ligação considera tanto membros
tracionados quanto comprimidos. Como a chapa tem espessura de 7,9 mm, o lado do filete terá o lado
mínimo de 5 mm, ou seja, b = 0,5 cm (Pfeil, p. 86) ou (v. pág. 105 - apostila). Considerando o eletrodo
AWS E6018, temos
Rd = 1,87 t L (v. pág. 106)
Rd = Sd = 10,97 tf (para considerar a ligação comprimida)
t = 0,7 b = 0,7 × 0,5 = 0,35 cm
10,97 = 1,87 × 0,35 × L
L = 16,8 cm.
Este valor se refere às duas cantoneiras. Vamos usar 10 cm de solda em cada cantoneira (2 × 10 = 20 >
16,8 cm).
Vamos balancear a solda. Sejam F1 e F2 as forças nos cordões com indicado abaixo (Salmon, p.
236). Isto significa determinar os comprimentos das soldas 1 e 2 de modo que as forças F1, F2 e T não
provoquem momentos na conexão. Observe que T = ½ Sd = ½ × 10,97 = 5,48 tf, pois cada cantoneira
absorve a metade da carga.
161
Calculando o momento em relação à solda 2 e igualando a zero, temos:
F1h – T yG = 0 (sendo T = Sd )
F1 = 62,7
21,25,48×=
h
TyG = 1,59 tf
F2 = T – F1 = 5,48 – 1,59 = 3,89 kgf
Os comprimentos das soldas 1 e 2 serão L1 e L2:
L1 = T
F1 L =
48,5
59,1 × 10 = 2,9 cm (usar 4 cm, o comprimento mínimo) → (v. pág. 105)
L2 = 10 – 2,9 = 7,1 cm (usar 8 cm)
A norma exige um retorno nas bordas do perfil de pelo menos 2b = 2 × 0,5 = 1,0 cm.
(b) Ligações aparafusadas
O dimensionamento da ligação considera tanto membros tracionados quanto comprimidos.
Vamos supor 3 parafusos ASTM A325, de diâmetro 5”/8, conforme esquema abaixo.
Temos para os parafusos
d = 1,59 cm (5”/8)
dEf = d + 0,35 mm = 1,59 + 0,35 = 1,94 cm
Ag,Par = ¼ π d2 = ¼ π (1,59)2 = 1,98 cm2
e, para as cantoneiras,
Ag = 23,0 cm2
An = Ag − dEf t0 = 23,0 – 1,94(0,79) = 21,5 cm2 (subtrair 1 furo)
Ae = Ct An
Ct = 0,85 (perfil L com 3 conectores na linha do esforço)
Ae = 0,85 × 21,5 = 18,2 cm2
4,4 cm
3 × 5,0 cm
3,62 cm
Nota: 3d = 3 × 1,59 = 4,77 cm
T
yG
h
F1
F2
1,0 cm
162
A resistência de projeto Rd será dada pelo menor valor dos seis valores seguintes:
1. Ruptura da seção efetiva
Rd = φt Rn = φt Aefu
φt = 0,75
Ae = 18,2 cm2
Fu = 4,00 tf /cm2 (ASTM A36)
Rd = 0,75 × 18,2 × 4,00 = 54,60 tf
2. Escoamento da seção bruta
Rd = 51,75 kgf (já calculado)
3. Cisalhamento de bloco
Avg = 3(5,0) (0,79) = 11,85 cm2
Avn = [3(5,0) – 2,5(1,94)] (0,79) = 8,02 cm2 (retirar 2,5 furos usando dEf t0)
Atg = 3,62 (0,79) = 2,86 cm2
Atn = [3,62 – 0,5(1,94)] (0,79) = 2,09 cm2 (retirar 0,5 furos de Atg usando dEf t0)
0,6 fu Avn = 0,6 × 4,00 × 8,02 = 19,25 tf
fu Atn = 4,00 × 2,09 = 8,36 tf
Como 0,6 fu Avn > fu Atn
Rd = φ (0,6 fu Avn + fy Atg) (φ = 0,75)
Rd = 0,75 [19,25 + 2.500 × 2,86]
Rd = 0,75 [19,25 + 7,15]
Rd = 19,80 tf
4. Dimensionamento a Corte nos Conectores
Rd = 3 m φv Rnv (pois são 3 parafusos)
φv = 0,65
m = 2 (dois planos de corte)
Rnv = 0,7 Ag,Par⋅0,6 fu,Par (parafusos alta resistência, rosca no plano de corte)
Rnv = 0,7 × 1,98 × 0,6 × 8,25 = 6,90 tf
Rd = 3 × 2 × 0,65 × 6,90 = 26,91 tf
5. Esmagamento da Chapa na Superfície de Apoio do Conector
Rd = 3φ Rn (pois são 3 parafusos)
φ = 0,75
Rn = 2,4 d t fu (cargas reversíveis devido ao vento)
Rn = 2,4× 1,59 × 0,79 × 4,00
Rn = 12,06 tf
Rd = 3 × 0,75 × 12,06 = 27,14 tf
6. Rasgamento da Chapa
Rd = 3φ Rn
φ = 0,75
Rn = a tC fu
a = 5,0 – ½ d = 5,0 – ½ (1,59) = 4,21 cm
tC = 0,79 cm
Rn = 4,21 × 0,79 × 4,00 = 13,30 tf
Rd = 3 × 0,75 × 13,30 = 29,93 tf
163
Logo, a resistência de projeto será Rd = 19,80 tf (cisalhamento de bloco). Como Sd = 10,91 tf (v.
pág. 157) para o membro mais tracionado, a ligação aparafusada é adequada.
Como podemos observar, a seção dos banzos está superdimensionada para a tração. Vamos ter,
porém, que verificar ainda o dimensionamento à compressão.
14. Dimensionamento dos Montantes e Diagonais Tracionadas
Os montantes e diagonais serão construídos com 2 cantoneiras L 2½” x 7,4 kg/m ligados por
chapas de 5/16”, conforme a figura acima. As propriedades geométricas da seção dos banzos são as
seguintes (considerando as duas cantoneiras):
h = 6,35 cm (v. pág. 181)
t0 = 0,79 cm (5”/16)
tC = 0,79 cm (5”/16)
yG = 1,88 cm
c = h – yG = 6,35 – 1,88 cm = 4,47 cm
A = 18,96 cm2
Ix = 70,80 cm4
Wx = 47,4
80,70=
c
I x = 15,84 cm3
Iy = 169,10 cm4
Wy =
35,6
2
79,0
169,10
2
+
=
+ ht
I
C
y = 25,05 cm3
rx = 1,93 cm
ry = 2,99 cm (v. pág. 304, W. Pfeil)
Para uma cantoneira isolada, rmín = 1,24 cm.
Vamos dimensionar os banzos considerando duas opções de ligações: soldadas e aparafusadas.
O dimensionamento da ligação considera tanto membros tracionados quanto comprimidos.
(a) Ligações soldadas
Ag = An = 18,96 cm2
Ae = Ct An
Ct = 0,75 (estimado)
Ae = 0,75 × 18,96 = 14,22 cm2
fy = 2,50 tf/cm2 (ASTM A36)
fu = 4,00 tf/cm2
yG
c hCG
h h tC
t0
164
A resistência de projeto Rd será dada pelo menor dos dois valores seguintes:
1. Ruptura da seção efetiva
Rd = φt Rn = φt Aefu
φt = 0,75
Rd = 0,75 × 14,22 × 4,00 = 42,66 tf
2. Escoamento da seção bruta
Rd = φt Rn = φt Agfy
φt = 0,90
Rd = 0,90 × 18,96 × 2,50 = 42,66 tf
Logo, a resistência de projeto será Rd = 42,66 tf. Como Sd = 2,90 tf (v. pág. 157) para o
membro mais tracionado, a seção é adequada.
Vamos examinar agora o critério de rigidez, ou seja, verificar os limites de esbeltez.
1. Peça composta
L = 22 )33,153()300( + = 337 cm
r = rx = 1,93 cm
93,1
337=
r
L = 175 < 300 (membro secundário, OK) (v. pág. 83)
2. Cantoneira simples
r = rmín = 1,24 cm
24,1
337=
r
L = 272 < 300 (OK)
Possivelmente, ao verificarmos a peça à compressão, teremos que prever ligações adicionais
intermediárias entre as cantoneiras.
Vamos agora dimensionar a solda. Como a chapa tem espessura de 7,9 mm, o lado do filete terá
o lado mínimo de 5 mm, ou seja, b = 0,5 cm (v. pág. 105) ou (Pfeil, p. 86). Considerando o eletrodo
AWS E6018, temos
Rd = 1.868 t L ≅ 1,87 t L (v. pág. 106)
Rd = Sd = 4.305 kgf (para considerar a ligação comprimida)
t = 0,7 b = 0,7(0,5) = 0,35 cm
4.305 = 1.868 (0,35) L
L = 6,6 cm
Este valor se refere às duas cantoneiras. Como o comprimento mínimo de solda é de 4 cm,
vamos utilizar em cada cantoneira dois cordões de solda de 4 cm, dando um comprimento total de 16
cm > 6,6 cm.
Não vamos balancear as soldas pois este procedimento é aconselhado mas não obrigatório. A
norma exige um retorno nas bordas do perfil de pelo menos 2b = 2 × 0,5 = 1,0 cm.
165
(b) Ligações aparafusadas
Vamos supor 2 parafusos ASTM A325, de diâmetro ½”, conforme esquema abaixo.
Temos para os parafusos
d = 1,27 cm (½”)
dEf = d + 0,35 cm = 1,27 + 0,35 = 1,62 cm
Ag,Par = Ag,Par = ¼ π d2 = ¼ π (1,27)2 = 1,27 cm2
e, para a cantoneira,
Ag = 18,96 cm2
An = Ag - dEf t0 = 18,96 – 1,62(0,79) = 17,68 cm2
Ae = Ct An
Ct = 0,75 (perfil L com 2 conectores na linha do esforço)
Ae = 0,75 × 17,68 = 13,26 cm2
A resistência de projeto Rd será dada pelo menor valor dos seis valores seguintes:
1. Ruptura da seção efetiva
Rd = φt Rn = φt Aefu
φt = 0,75
Ae = 13,26 cm2
fu = 4,00 tf/cm2 (ASTM A36)
Rd = 0,75 × 13,26 × 4,00 = 39,78 kgf
2. Escoamento da seção bruta
Rd = 42,66 tf (já calculado)
3,50 cm
2 × 4,0 cm
2,85 cm
Nota: 3d = 3 × 1,27 = 3,81 cm
T
yG
h
4,0 cm
1,0 cm
166
3. Cisalhamento de bloco
Avg = 2 × 4,0 × 0,79 = 6,32 cm2
Avn = [2 × 4,0 – 1,5 × 1,62] × 0,79 = 4,40 cm2 (retirar 1,5 furos usando dEf t0)
Atg = 2,85 × 0,79 = 2,25 cm2
Atn = [2,85 – 0,5 × 1,62] × 0,79 = 1,61 cm2 (retirar 0,5 furos de Atg usando dEf t0)
0,6 fu Avn = 0,6 × 4,00 × 4,40 = 10,56 tf
fu Atn = 4,00 × 1,61 = 6,44 tf
Como 0,6 Fu Avn > fu Atn
Rd = φ (0,6 fu Avn + fy Atg) (φ = 0,75)
Rd = 0,75 [10,56 + 2,50 × 2,25]
Rd = 0,75 [10,56 + 5,63]
Rd = 12,14 tf
4. Dimensionamento a Corte nos Conectores
Rd = 2m φv Rnv (pois são 2 parafusos)
φv = 0,65
m = 2 (dois planos de corte)
Rnv = 0,7 Ag,Par⋅0,6 fu,Par (parafusos alta resistência, rosca no plano de corte)
Rnv = 0,7 × 1,27 × 0,6 × 8,25 = 4,40 tf
Rd = 2 × 2 × 0,65 × 4,40 = 11,44 tf
5. Esmagamento da Chapa na Superfície de Apoio do Conector
Rd = 2φ Rn (pois são 2 parafusos)
φ = 0,75
Rn = 2,4 d t fu (cargas reversíveis devido ao vento)
Rn = 2,4 × 1,27 × 0,79 × 4,00
Rn = 9,63 tf
Rd = 2 × 0,75 × 9,63 = 14,45 tf
6. Rasgamento da Chapa
Rd = 2φ Rn (pois são 2 parafusos)
φ = 0,75
Rn = a tC fu
a = 4,0 − ½ d = 4,0 − ½ × 1,27 = 3,37 cm
tC = 0,79 cm
Rn = 3,37 × 0,79 × 4,00 = 10,63 tf
Rd = 2 × 0,75 × 13,30 = 15,95 tf
Logo, a resistência de projeto será Rd = 11,44 tf (corte nos parafusos). Como Sd = 4,31 tf (v.
pág. 157) para o membro mais comprimido, a seção é adequada.
Como podemos observar, também a seção dos montantes e diagonais está superdimensionada
para a tração. Vamos ter, porém, que verificar ainda o dimensionamento à compressão.
167
15. Dimensionamento dos Banzos Comprimidos
Precisamos verificar a resistência da treliça em dois planos, em seu próprio plano vertical e em
um plano horizontal. Precisamos ainda verificar o índice de esbeltez dos perfis individuais.
(a) Flambagem da treliça em seu próprio plano vertical
Antes de fazer o dimensionamento da seção, precisamos verificar se seu índice de esbeltez
atende os limites das NBR 8800:
K = 1,0
L = 300 / cos5° = 301 cm (membro inclinado do banzo superior)
r = rx = 2,33 cm (flambagem no plano da treliça) (v. pág. 158)
33,2
3010,1 ×=
r
KL = 129,2 < 200 (OK) (v. pág. 116)
A resistência de projeto Rd será dada por
Nd = φc Ag fcr
φc = 0,90
Ag = 23,0 cm2 (área bruta)
fcr: Tensão de compressão crítica
Para obter fcr, precisamos calcular λ:
λ = 0,0111
r
KL (Aço MR-250)
λ = 0,0111 × 129,2 = 1,43
Como a flambagem ocorre no plano x-x das cantoneiras, devemos usar a curva c (aliás, se fosse
no plano y-y a curva de flambagem seria a mesma). Para este valor de λ achamos
fcr/fy = 0,35
fcr = 0,35 × 2,50 = 0,875 tf/cm2
Portanto, a resistência de projeto Rd será dada por
Nd = 0,90 × 23,0 × 0,875
Nd = 18,11 tf
Como as barras mais comprimidas do banzo superior (5-7 e 11-13) têm uma solicitação de
projeto de 10,97 tf, a seção atende (v. pág. 157).
(b) Flambagem da treliça em um plano horizontal
Antes de fazer o dimensionamento da seção, precisamos verificar se seu índice de esbeltez
atende os limites das NBR 8800:
K = 1,0
L = 18 m = 1.800 cm (comprimento do banzo inferior)
r = ry = 3,50 cm (flambagem fora do plano da treliça) (v. pág. 158)
50,3
800.10,1 ×=
rKL = 514 > 200 (não pode)
168
Assim, precisamos contraventar o banzo inferior a fim de reduzir seu índice de esbeltez. Uma
maneira prática é através de barras rosqueadas tracionadas por esticadores ligando em X os banzos
inferior e superior a cada 6 m. Neste caso, o comprimento L cai para 6 m = 600 cm:
50,3
6000,1 ×=
r
KL = 171,4 < 200 (OK)
A resistência de projeto Rd pode ser obtida através dos seguintes cálculos:
λ = 0,0111 × 171,4 = 1,90
fcr/fy = 0,22 (curva c)
fcr = 0,22 × 2,50 = 0,550 tf/cm2
Nd = φc Ag fcr = 0,90 × 23,0 × 0,550 = 11,39 tf.
Como as barras mais comprimidas do banzo inferior (6-8 e 8-10) têm uma solicitação de
projeto à compressão de 4,49 tf, a seção atende.
Devemos lembrar que o travamento deve ser feito também no banzo superior, que trabalha
comprimido no caso das combinação de carga 1, com Sd = 10,97 tf. O mesmo tipo de
contraventamento atende. O travamento do galpão será discutido em outro local.
(c) Índice de esbeltez dos perfis individuais
No caso de ligações soldadas, o índice de esbeltez dos perfis individuais devem ser inferiores à
metade do índice de esbeltez do perfil composto, que vale 129,2 (v. pág. 166). Assim, para uma
cantoneira isolada,
r
KL = ½ × 129,2
K = 1,0
L = ?
r = rmín = 1,50 cm (para uma cantoneira isolada)
50,1
0,1 L× = ½ × 129,2
L = 96,9 cm
Como o comprimento de uma seção do banzo mede 301 cm, devemos soldar chapas de ligação
(espaçadores) entre as cantoneiras a cada 75,25 cm.
No caso de ligações aparafusadas, o índice de esbeltez dos perfis individuais devem ser
inferiores a um quarto do índice de esbeltez do perfil composto, que vale 129,2. Assim, para uma
cantoneira isolada,
L = 48,45 cm
169
Como o comprimento de uma seção do banzo mede 301 cm, devemos soldar chapas de ligação
(espaçadores) entre as cantoneiras a cada 43 cm.
16. Dimensionamento dos Montantes e Diagonais Comprimidos
(a) Dimensionamento à compressão
Antes de fazer o dimensionamento da seção, precisamos verificar se seu índice de esbeltez
atende os limites das NBR 8800:
K = 1,0
L = 22 )33,153()300( + = 337 cm
r = rx = 1,93 cm
93,1
3370,1 ×=
r
KL = 174,6 < 200 (OK) (v. pág. 116)
A resistência de projeto Rd será dada por
Nd = φc Ag fcr
φc = 0,90
A = 18,96 cm2 (área bruta)
fcr: Tensão de compressão crítica
Para obter fcr, precisamos calcular λ:
λ = 0,0111
r
KL (Aço MR-250)
λ = 0,0111 × 174,6 = 1,94
Como a flambagem ocorre no plano x-x das cantoneiras, devemos usar a curva c (aliás, se fosse
no plano y-y a curva de flambagem seria a mesma). Para este valor de λ achamos
fcr/fy = 0,213
fcr = 0,213 × 2,50 = 0,533 tf/cm2
Portanto, a resistência de projeto Rd será dada por
Nd = 0,90 × 18,96 × 0,533
Nd = 9,09 tf
Ligação soldada: 4 × 75,25 cm = 301 cm
Ligação aparafusada: 7 × 43 cm = 301 cm
170
Como o montante mais comprimido (2-3 e 14-14) têm uma solicitação de projeto de 4,31 tf (v.
pág. 157), a seção atende.
(b) Índice de esbeltez dos perfis individuais
No caso de ligações soldadas, o índice de esbeltez dos perfis individuais devem ser inferiores à
metade do índice de esbeltez do perfil composto, que vale 174,6. Assim, para uma cantoneira isolada,
r
KL = ½ × 174,6
K = 1,0
L = ?
r = 1,24 cm (para uma cantoneira isolada)
24,1
0,1 L× = ½ × 174,6
L = 108,3 cm
Como o maior comprimento de uma seção da diagonal mede 337 cm, devemos soldar chapas
de ligação (espaçadores) entre as cantoneiras a cada 84,25 cm.
No caso de ligações aparafusadas, o índice de esbeltez dos perfis individuais devem ser
inferiores a um quarto do índice de esbeltez do perfil composto, que vale 174,6. Assim, para uma
cantoneira isolada,
L = 54,2 cm
Como o maior comprimento de uma seção da diagonal mede 337 cm, devemos soldar chapas
de ligação (espaçadores) entre as cantoneiras a cada 48,1 cm.
Ligação soldada: 4 × 84,25 cm = 337 cm
Ligação aparafusada: 7 × 48,1 cm = 337 cm
171
T537−45 Estruturas Metálicas
1a Lista de Exercícios
1. Selecione um perfil I em aço ASTM A242 para as seguintes cargas de tração:
Peso próprio da estrutura metálica: 10 tf
Peso próprio dos outros componentes da estrutura: 50 tf
Carga de uso: 30 tf
Carga de vento: 20 tf
O aço ASTM A242 tem as seguintes propriedades mínimas:
Fy = 3.450 kgf/cm2
Fu = 4.800 kgf/cm2
O dimensionamento deve ser feito para os critérios de
(a) tensões admissíveis;
(b) estado limite (norma NBR 8800).
2. Calcule a solicitação de projeto para uma peça de treliça de telhado sujeita aos seguintes
carregamentos:
Peso próprio da estrutura metálica: 6,1 tf
Peso próprio dos outros componentes da estrutura: 8,1 tf
Sobrecarga acidental: 4,3 tf
Carga de vento sobrepressão: 6,9 tf
3. Calcule a solicitação de projeto para uma diagonal de treliça de telhado sujeita aos seguintes
carregamentos:
Peso próprio da estrutura metálica: 3,3 tf (Tração)
Peso próprio dos outros componentes da estrutura: 2,7 tf (Tração)
Sobrecarga acidental: 4,6 tf (Tração)
Carga de vento sobrepressão: 2,5 tf (Tração)
Carga de vento sucção: −7,5 tf (Compressão)
4. Calcule a solicitação de projeto para uma viga estrutural de uma biblioteca sujeita aos seguintes
esforços:
Peso próprio da estrutura metálica: 11 kN.m
Peso próprio dos outros componentes da estrutura: 22 kN.m
Carga excepcional: 36 kN.m
Carga de utilização: 25 kN.m
Carga de vento: 45 kN.m
5. Calcule a solicitação de projeto para uma coluna sujeita aos seguintes esforços:
Peso próprio da estrutura metálica: −140 kN (Compressão)
Peso próprio dos outros componentes da estrutura: −420 kN (Compressão)
Carga de utilização: −420 kN (Compressão)
Carga de vento sobrepressão: −135 kN (Compressão)
Carga de vento sucção: +255 kN (Tração)
6. Um perfil U 102 mm × 8,0 kg/m, trabalhando como viga bi-apoiada para apoio de cobertura, deve
suportar uma sobrecarga uniforme de 600 kgf/m em um vão de 6,0 m. Verifique se ele atende o limite
de deformação elástica da NBR 8800.
172
7. Um tubo de 200 mm de diâmetro e 16 mm de espessura é usado como coluna de uma ponte rolante,
devendo suportar uma força horizontal de 600 kgf aplicada a 5,0 m de altura. Considerando o tubo
como uma viga engastada na base, verifique se ele atende o limite de deformação elástica da NBR
8800.
8. Selecione um perfil I laminado para trabalhar como viga bi-apoiada de piso em um vão de 10,0 m
suportando uma carga sobrecarga uniforme de 500 kgf/m.
9. Selecione um perfil U laminado para trabalhar como viga bi-apoiada de piso em um vão de 10,0 m
suportando uma carga sobrecarga uniforme de 500 kgf/m.
10. Um perfil soldado VS 800 mm × 111 kg/m trabalhando como viga bi-apoiada em uma ponte
rolante deve suportar uma carga concentrada vertical de 6,0 tf no centro do vão de 10,0 m. Verifique se
ele atende o limite de deformação elástica da NBR 8800.
173
T537-45 Estruturas Metálicas
2a Lista de Exercícios
Calcule os coeficientes de pressão (cp) e de forma (C), internos e externos, para as coberturas e
as paredes da edificação abaixo considerando as dimensões dos Casos 1 e 2. Em seguida, selecione as
combinações críticas. Finalmente, calcule as forças resultantes.Caso 1:
a = 100 m
b = 30 m
h = 15 m
θ = 15°
As quatro paredes são igualmente permeáveis ao vento.
Caso 2:
a = 80 m
b = 25 m
h = 15 m
θ = 25°
As duas paredes longitudinais (maiores) são impermeáveis e as outras duas são igualmente
permeáveis ao vento.
h
b
a
θ
174
T537-45 Estruturas Metálicas
3a Lista de Exercícios
Nota: Nesta lista, não estamos preocupados com a resistência das conexões (parafusos e soldas). Este
assunto será discutido posteriormente.
1. Calcule a resistência de projeto à tração da cantoneira L 3” × 3” × 9,1 kg/m. Os parafusos são de ½
pol. Material da cantoneira: ASTM A242.
2. Calcule as áreas bruta, líquida e efetiva da peça abaixo. Diâmetro dos parafusos: 1”. Dimensões em
centímetros, a menos quando indicado o contrário.
3. Calcule a resistência de projeto à tração do perfil U 4” × 8,0 kg/m. Material da cantoneira:
ASTM A242. Dimensões em centímetros, a menos quando indicado o contrário.
4. Dimensione uma barra redonda em ASTM A588 para suportar as seguintes cargas de tração:
Carga Permanente: 8,2 tf
Carga de Ocupação: 4,3 tf
Carga de Vento: 1,5 tf
4,0
3,5
4,5
3,0
4,0
0,64
10,2
10,2
5,0
8,0
3,2
175
T537-45 Estruturas Metálicas
4a Lista de Exercícios
Nota: Dimensões em centímetros, exceto onde indicado o contrário.
1. Calcule a resistência de projeto à tração da cantoneira L 3”× 9,1 kg/m. Parafusos A325 de � pol.
Cantoneira: ASTM A36.
2. Calcule a resistência de projeto à tração da peça abaixo. Chapa em ASTM A242, espessura 0,64 cm.
Parafusos A325 de 1”.
3. Calcule o número mínimo de parafusos A325 de diâmetro igual a 22 mm (7/8”) necessários para
suportar uma carga de utilização de 500 kN. Admitir que as chapas dos flanges são rígidas. Adotar um
número par de parafusos.
4,4
3x4,0 cm
4,0
3,5
4,5
3,0
4,0
5,0
500 kN
4,0
176
T537-45 Estruturas Metálicas
5a Lista de Exercícios
Nota: Dimensões em centímetros, exceto onde indicado o contrário.
1. Calcule a resistência de projeto à tração da cantoneira L 3”× 9,1 kg/m e dimensione os cordões de
solda necessários. Material da cantoneira: ASTM A36.
2. Dimensione os cordões de solda de filete para suportar uma carga de utilização de 10 tf da figura
abaixo. Material da chapa: ASTM A36. Dimensões da chapa: 12 cm × 0,95 cm.
3. Refaça o problema 2 considerando solda de topo.
4. Dimensione os cordões de solda de filete para suportar uma carga de utilização de 10 tf e uma carga
de utilização de 5,0 tf da figura abaixo. Material da chapa: ASTM A242. Dimensões da chapa: 12 cm ×
1,27 cm.
10 tf
10 tf
177
T537-45 Estruturas Metálicas
6a Lista de Exercícios
Nota: Nas figuras abaixo, as dimensões são dadas em centímetros e os materiais ASTM A36, exceto se
indicado o contrário.
1. Considere a coluna de aço de seção retangular abaixo, com extremidades rotuladas. Quais as cargas
de flambagem elástica NE para comprimentos de (a) 50 cm, (b) 100 cm e (c) 1.000 cm?
2. Quais as cargas de compressão de projeto da coluna acima de acordo com a NBR 8800?
3. Refaça os cálculos da Questão 2 supondo as extremidades biengastadas.
4. Considere um perfil I 12” x 60,6 kg/m, bi-rotulado, comprimento de 6 m. Qual sua carga de
compressão de projeto de acordo com a NBR 8800?
5. Se a viga da Questão 4 tiver contenção lateral para evitar a flambagem em torno do eixo y-y, qual
sua carga de compressão de projeto de acordo com a NBR 8800?
6. Considere dois perfis I 12” x 60,6 kg/m soldados entre si de maneira contínua, conforme indicado.
Qual sua carga de compressão de projeto de acordo com a NBR 8800? Comprimento 10 m,
extremidades engastada-livre.
7. O perfil I 12” x 60,6 kg/m está sujeito à flambagem localizada?
8. Quais dos perfis abaixo pode sofrer flambagem localizada?
10
20
0,95
17,78
50,8
1,52
2,33
10,16
20,0 1,08 0,69
17,78
50,8 0,70
20,3 50,8
(Seção
Quadrada)
(Abas
iguais)
30
1 60
Solda
1,58
1,2 0,2 1
178
T537-45 Estruturas Metálicas
7a Lista de Exercícios
Nota: Nos exercícios abaixo, dimensões em centímetros e materiais ASTM A242, exceto onde indicado
o contrário.
1. Calcule o momento de plastificação Mp para as seguintes seções:
(a) Um perfil I 10” x 37,7 kg/m;
(b) Uma seção retangular cheia de 25,4 cm x 11,84 cm.
(c) Compare a relação Mp x peso para as duas vigas.
2. Calcule o momento Mr para um perfil I 10” x 37,7 kg/m.
3. Calcule os comprimentos Lbp e Lbr para um perfil I 10” x 37,7 kg/m.
4. Quais os momentos de projeto para um perfil I 10” x 37,7 kg/m para comprimentos sem contenção
lateral de (a) 100 cm, (b) 500 cm e (c) 1500 cm. Trace um diagrama esquemático Md x Lb.
5. Para a mesma viga do exercício acima, quais as cargas permanentes uniformemente distribuídas que
a viga pode suportar?
6. Uma viga soldada é construída conforme abaixo, sendo que a alma tem espessuras tw de (a) 5 mm,
(b) 8 mm e (c) 10 mm. Supondo contenção lateral contínua e um vão de 10 m, quais as cargas de
utilização P aplicadas no centro do vão? Não esqueça o peso próprio da viga.
7. Um perfil I 18” x 81,4 kg/m está sujeito a esforços variáveis, sendo um momento fletor no plano de
maior resistência de 5 tf⋅m e um esforço axial de compressão de 80 tf. Verifique se o perfil é adequado
para os seguintes comprimentos sem contenção lateral de (a) 0 m, (b) 5 m e (c) 10 m. Observe que o
item (a) corresponde à contenção lateral contínua.
8. Resolva a mesma questão acima, supondo, porém, que o esforço axial seja de tração.
20,0
90,0
t0
0,95
P=?
10 m
179
Propriedades Mecânicas dos Aços Usados em
Parafusos e Barras Rosqueadas
(NBR 8800, Tabela 23)
Especificação fy (MPa)
fu
(MPa)
Diâmetro Máximo
(mm) Tipo de Material
ASTM A307 - 415 100 C
ISO 898 classe 4, 6 235 390 36 C
635 825 12,7 < d < 25,4 ASTM A325 560 725 25,4 < d < 38,1 CT
Parafusos
ASTM A490 895 1.035 12,7 < d < 38,1 T
ASTM A36 250 400 100 C Barras
Rosqueadas ASTM A588 345 485 100 ARBL RC
Notas:
(a) C: Aço carbono
(b) T: Temperado
(c) ARBL RC: Alta Resistência Mecânica, Baixa Liga, Resistente à Corrosão.
Perfis H
d × m d tF tw bF h A d/AF Ix Wx rx Iy Wy ry
mm × kg/m mm (pol) mm mm mm mm cm
2 1/cm cm4 cm3 cm cm4 cm3 cm
102 × 20,5 101,6 (4”) 9,2 7,95 101,6 92,4 26,1 1,09 449 88,4 4,15 146,1 28,8 2,38
127 × 28,0 127,0 (5”) 10,4 7,95 127,0 116,6 35,6 0,962 997 156,9 5,29 321 50,6 3,01
152 × 37,1
152 × 40,9
152,4
(6”)
12,0
11,8
7,95
11,13
150,8
154,0
140,4
140,6
47,3
52,1
0,842
0,839
1.958
2.050
257
269
6,43
6,27
621
664
81,5
87,1
3,63
3,57
h
bF
d
y
y
x x
tF
tF
tw
180
Perfis I
d × m d
h,
c,
tF
tw bF A d/AF Ix Wx rx Iy Wy ry Zx Zy
mm × kg/m mm (pol) mm mm mm cm
2 1/cm cm4 cm3 cm cm4 cm3 cm cm3 cm3
76 × 8,5
76 × 9,7
76 × 11,2
76,2
(3”)
63,0
14,3
6,6
4,32
6,38
8,86
59,2
61,2
63,7
10,8
12,3
14,21,95
1,89
1,81
105,1
112,6
121,8
27,6
29,6
32,0
3,12
3,02
2,93
18,9
21,3
24,4
6,41
6,95
7,67
1,33
1,31
1,31
32,0
38,7
10,7
13,5
102 × 11,4
102 × 12,7
102 × 14,1
102 × 15,6
101,6
(4”)
86,8
15,9
7,4
4,83
6,43
8,28
10,20
67,6
69,2
71,0
72,9
14,5
16,1
18,0
19,9
2,02
1,98
1,93
1,88
252
266
283
299
49,7
52,4
55,6
58,9
4,17
4,06
3,96
3,87
31,7
34,3
37,6
41,2
9,37
9,91
10,6
11,3
1,48
1,46
1,45
1,44
127 × 14,8
127 × 18,2
127 × 22,0
127,0
(5”)
110,4
17,5
8,3
5,33
8,81
12,5
76,2
79,7
83,4
18,8
23,2
28,0
2,01
1,92
1,84
511
570
634
80,4
89,8
99,8
5,21
4,95
4,76
50,2
58,6
69,1
13,2
14,7
16,6
1,63
1,59
1,57
92,9
122
22,5
30,8
152 × 18,5
152 × 22,0
152 × 25,7
152,4
(6”)
134,2
19,1
9,1
5,84
8,71
11,80
84,6
87,5
90,6
23,6
28,0
32,7
1,98
1,91
1,85
919
1.003
1.095
120,6
131,7
143,7
6,24
5,99
5,79
75,7
84,9
96,2
17,9
19,4
21,2
1,79
1,74
1,72
139
174
30,2
38,7
203 × 27,3
203 × 30,5
203 × 34,3
203 × 38,0
203,2
(8”)
181,6
22,2
10,8
6,86
8,86
11,20
13,50
101,6
103,6
105,9
108,3
34,8
38,9
43,7
48,3
1,85
1,82
1,78
1,74
2.400
2.540
2.700
2.860
236
250
266
282
8,30
8,08
7,86
7,69
155,1
165,9
179,4
194,0
30,5
32,0
33,9
35,8
2,11
2,07
2,03
2,00
270
316
51,8
60,3
254 × 37,7
254 × 44,7
254 × 52,1
254 × 59,6
254,0
(10”)
229,0
25,4
12,5
7,87
11,40
15,10
18,80
118,4
121,8
125,6
129,3
48,1
56,9
66,4
75,9
1,72
1,67
1,62
1,57
5.140
5.610
6.120
6.630
405
442
482
522
10,30
9,93
9,60
9,35
282
312
348
389
47,7
51,3
55,4
60,1
2,42
2,34
2,29
2,26
465
580
81,3
102,
0
305 × 60,6
305 × 67,0
305 × 74,4
305 × 81,9
304,8
(12”)
271,4
33,3
16,7
11,7
14,4
17,4
20,6
133,4
136,0
139,1
142,2
77,3
85,4
94,8
104,3
1,37
1,34
1,31
1,28
11.330
11.960
12.690
13.430
743
785
833
881
12,1
11,8
11,6
11,3
563
603
654
709
84,5
88,7
94,0
99,7
2,70
2,66
2,63
2,61
870
1.003
145
169
381 × 63,3
381 × 66,5
381 × 73,9
381 × 81,9
381,0
(15”)
349,4
31,7
15,8
10,4
11,5
14,0
16,5
139,7
140,8
143,3
145,7
80,6
84,7
94,2
103,6
1,73
1,71
1,69
1,66
18.580
19.070
20.220
21.370
975
1.001
1.061
1.122
15,2
15,0
14,7
14,4
598
614
653
696
85,7
87,3
91,2
95,5
2,73
2,70
2,63
2,59
457 × 81,4
457 × 89,3
457 × 96,8
457× 104,3
457,2
(18”)
422,0
34,9
17,6
11,7
13,9
16,0
18,1
152,4
154,6
156,7
158,8
103,7
113,8
123,3
132,8
1,71
1,68
1,66
1,63
33.460
35.220
36.880
38.540
1.464
1.541
1.613
1.686
18,0
17,6
17,3
17,0
867
912
957
1.004
113,7
117,9
122,1
126,5
2,89
2,83
2,79
2,75
1.721
2.048
198
236
508× 121,2
508× 126,6
508× 134,0
508× 141,5
508× 148,9
508,0
(20”)
461,4
44,4
23,3
15,2
16,6
18,4
20,3
22,2
177,8
179,1
181,0
182,9
184,7
154,4
161,3
170,7
180,3
189,7
1,23
1,22
1,20
1,19
1,18
61.640
63.110
65.140
67.190
69.220
2.430
2.480
2.560
2.650
2.730
20,0
19,8
19,5
19,3
19,1
1.872
1.922
1.993
2.070
2.140
211
215
220
226
232
3,48
3,45
3,42
3,39
3,36
2.933
3.179
374
405
h
bF
d
y
y
x x
tF
tF
tw
c
181
Perfis U
d × m d
h,
c,
tF
tw b A h/AF Ix Wx rx Iy Wy ry xg
mm × kg/m mm (pol) mm mm mm cm
2 1/cm cm4 cm3 cm cm4 cm3 cm cm
76 × 6,1
76 × 7,4
76 × 8,9
76,2
(3”)
62,4
15,9
6,9
4,32
6,55
9,04
35,8
38,0
40,5
7,78
9,48
11,40
3,06
2,89
2,71
68,9
77,2
86,3
18,1
20,3
22,7
2,98
2,85
2,75
8,20
10,30
12,70
3,32
3,82
4,39
1,03
1,04
1,06
1,11
1,11
1,16
102 × 8,0
102 × 9,3
102 × 10,8
101,6
(4”)
86,6
15,9
7,5
4,57
6,27
8,13
40,1
41,8
4,37
10,1
11,9
13,7
3,37
3,24
3,10
159,5
174,4
190,6
31,4
34,3
37,5
3,97
3,84
3,73
13,1
15,5
18,0
4,61
5,10
5,61
1,14
1,14
1,15
1,16
1,15
1,17
152 × 12,2
152 × 15,6
152 × 19,4
152 × 23,1
152,4
(6”)
135,0
19,1
8,7
5,08
7,98
11,10
14,20
48,8
51,7
54,8
57,9
15,5
19,9
24,7
29,4
3,59
3,39
3,19
3,03
546
632
724
815
71,7
82,9
95,0
107,0
5,94
5,63
5,42
5,27
28,8
36,0
43,9
52,4
8,06
9,24
10,50
11,90
1,36
1,34
1,33
1,33
1,30
1,27
1,31
1,38
203 × 17,1
203 × 20,5
203 × 24,2
203 × 27,9
203 × 31,6
203,2
(8”)
183,4
20,6
9,9
5,59
7,70
10,00
12,40
14,70
57,4
59,5
61,8
64,2
66,5
21,8
26,1
30,8
35,6
40,3
3,57
3,44
3,32
3,20
3,09
1.356
1.503
1.667
1.830
1.990
133,4
147,9
164,0
180,1
196,2
7,89
7,60
7,35
7,17
7,03
54,9
63,6
72,9
82,5
92,6
12,8
14,0
15,3
16,6
17,9
1,59
1,56
1,54
1,52
1,52
1,45
1,41
1,40
1,44
1,49
254 × 22,7
254 × 29,8
254 × 37,2
254 × 44,7
254 × 52,1
254,0
(10”)
231,8
23,8
11,1
6,10
9,63
13,40
17,10
20,80
66,0
69,6
73,3
77,0
80,8
29,0
37,9
47,4
56,9
66,4
3,47
3,30
3,13
2,98
2,83
2.800
3.290
3.800
4.310
4.820
221
259
299
339
379
9,84
9,31
8,95
8,70
8,52
95,1
117,0
139,7
164,2
191,7
19,0
21,6
24,3
27,1
30,4
1,81
1,76
1,72
1,70
1,70
1,61
1,54
1,57
1,65
1,76
305 × 30,7
305 × 37,2
305 × 44,7
305 × 52,1
305 × 59,6
304,8
(12”)
279,4
27,0
12,7
7,11
9,83
13,00
16,10
19,20
74,7
77,4
80,5
83,6
86,7
39,1
47,4
56,9
66,4
75,9
3,21
3,02
2,98
2,87
2,77
5.370
6.010
6.750
7.480
8.210
352
394
443
491
539
11,7
11,3
10,9
10,6
10,4
161,1
186,1
214,0
242,0
273,0
28,3
30,9
33,7
36,7
39,8
2,03
1,98
1,94
1,91
1,90
1,77
1,71
1,71
1,76
1,83
381 × 50,4
381 × 52,1
381 × 59,5
381 × 67,0
381 × 74,4
381 × 81,9
381,0
(15”)
348,0
33,3
16,5
10,2
10,7
13,2
15,7
18,2
20,7
86,4
86,9
89,4
91,9
94,4
96,9
64,2
66,4
75,8
85,3
94,8
104,3
2,67
2,66
2,58
2,51
2,45
2,38
13.100
13.360
14.510
15.650
16.800
17.950
688
701
762
822
882
942
14,3
14,2
13,8
13,5
13,3
13,1
338
347
387
421
460
498
51,0
51,8
55,2
58,5
62,0
66,5
2,30
2,29
2,25
2,22
2,20
2,18
2,00
1,99
1,98
1,99
2,03
2,21
tF
tF
h
bF
d
y
y
x x
tw
xg
c
182
Cantoneiras de Abas Iguais de 64 a 203 mm
d × m d t c A Ix=Iy Wx=Wy rx=ry rMín rMáx xg=yg
mm × kg/m mm (pol) mm mm cm
2 cm4 cm3 cm cm cm cm
64 × 6,1
64 × 7,4
64 × 8,8
63,5
(2 ½ ”)
6,3
7,9
9,5
12,7
14,3
15,9
7,68
9,48
11,1629,1
35,4
40,8
6,4
7,8
9,1
1,95
1,93
1,91
1,24
1,24
1,22
2,45
2,43
2,41
1,83
1,88
1,93
76 × 9,1
76 × 10,7
76 × 12,4
76 × 14,0
76,2
(3”)
7,9
9,5
11,1
12,7
15,9
17,5
19,1
20,6
11,48
13,61
15,68
17,74
62,4
74,9
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91,6
11,6
14,0
15,7
17,5
2,33
2,35
2,30
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1,50
1,47
1,47
1,47
2,94
2,92
2,91
2,86
2,21
2,26
2,31
2,36
102 × 12,2
102 × 15,6
102 × 19,4
102 × 23,1
101,6
(4”)
7,9
9,5
12,7
15,9
18,0
19,1
22,2
25,4
15,50
18,45
24,19
29,74
154,0
183,1
233,1
278,9
21,0
25,1
32,4
39,4
3,15
3,15
3,10
3,06
2,00
2,00
1,98
1,96
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3,96
3,91
3,86
2,84
2,90
3,00
3,12
127 × 18,3
127 × 24,1
127 × 29,8
127 × 35,1
127,0
(5”)
9,5
12,7
15,9
19,0
22,0
25,4
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30,65
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3,87
3,82
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2,49
2,46
2,46
4,98
4,95
4,89
4,82
3,53
3,63
3,76
3,86
152 × 22,2
152 × 25,6
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152 × 39,4
152 × 42,7
152 × 46,1
152 × 49,3
152,4
(6”)
9,5
11,1
12,7
14,3
15,9
17,3
19,0
20,6
22,2
22,2
23,8
25,4
27,0
28,6
31,7
34,9
28,13
32,65
37,10
41,48
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50,19
54,45
58,65
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641,0
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1.007,3
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75,8
84,7
93,2
101,4
109,9
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125,5
4,77
4,75
4,73
4,71
4,69
4,66
4,64
4,82
4,60
3,02
3,02
3,00
3,00
2,97
2,97
2,97
2,97
2,97
6,05
6,02
5,97
5,95
5,94
5,90
5,84
5,81
5,80
4,17
4,22
4,27
4,34
4,39
4,45
4,52
4,57
4,62
203 × 39,3
203 × 44,1
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203 × 71,6
203 × 75,9
203,2
(8”)
12,7
14,3
15,9
17,3
19,0
20,6
22,2
23,8
25,4
28,6
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31,7
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38,1
41,3
50,00
56,00
62,00
67,94
73,81
79,61
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2.909,2
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153,3
168,9
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199,9
215,0
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6,36
6,34
6,31
6,29
6,27
6,25
6,23
6,21
6,19
4,01
4,01
4,01
4,01
3,99
3,99
3,96
3,96
3,96
8,05
8,02
7,97
7,95
7,92
7,89
7,86
7,84
7,82
5,56
5,61
5,66
5,72
5,79
5,84
5,89
5,94
6,02
xg
t
x x
y
y
z
z
yg
d
183
Cantoneiras de Abas Iguais de 16 a 51 mm
d × m d t c A Ix=Iy Wx=Wy rx=ry rMín rMáx
mm ×
kg/m
mm
(pol) mm mm cm
2 cm4 cm3 cm cm cm
16 × 0,71
15,9
(5/8”) 3,2 0,96 0,20 0,18 0,45 0,56 0,30 0,51
19 × 0,88 19,0 (3/4”) 3,2 1,16 0,37 0,28 0,58 0,73 0,38 0,58
22 × 1,04
22 × 1,19
22,2
(7/8”)
3,2
3,5
1,35
1,48
0,58
0,83
0,37
0,49
0,66
0,76
0,80
0,96
0,48
0,51
0,66
0,76
25 × 1,73
25 × 2,21
25,4
(1”)
2,19
2,83
1,73
2,21
1,24
1,66
0,65
0,98
0,76
0,73
0,95
0,91
0,48
0,48
0,81
0,86
38 × 1,83
38 × 2,68
38 × 3,48
38 × 4,26
38,1
(1½”)
3,2
4,8
6,3
7,9
2,32
3,42
4,45
5,42
3,32
4,57
5,82
6,65
1,14
1,63
2,13
4,53
1,19
1,16
1,14
1,11
1,50
1,47
1,44
1,39
0,76
0,73
0, 73
0, 73
1,06
1,11
1,19
1,24
44 × 2,14
44 × 3,15
44 × 4,12
44 × 5,05
44 × 5,94
44,4
(1 ¾”)
3,2
4,8
6,3
7,9
9,5
2,70
3,99
5,22
6,45
7,61
5,41
7,49
9,57
11,23
12,90
1,63
2,29
3,11
3,77
4,26
1,39
1,37
1,34
1,32
1,29
1,76
1,73
1,69
1,66
1,61
0,88
0,88
0,86
0,86
0,86
1,21
1,29
1,34
1,39
1,45
51 × 2,46
51 × 3,63
51 × 4,76
51 × 5,83
51 × 6,99
50,8
(2”)
3,2
4,8
6,3
7,9
9,5
3,09
4,58
6,06
7,41
8,77
7,90
11,23
14,56
17,48
19,97
2,13
3,11
4,09
4,91
5,73
1,60
1,57
1,54
1,52
1,49
2,03
1,99
1,94
1,91
1,86
1,01
0,99
0,99
0,99
0,99
1,39
1,44
1,49
1,54
1,62
xg
t
x x
y
y
z
z
yg
d