Estruturas de Aço Cap. 2 (Ações nas Estruturas)

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Uniube – Graduação em Engenharia Civil – Prof. Tiago Toitio 
Estruturas de Aço – Capítulo 2 – Ações nas Estruturas 
 
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CAP. 2 – AÇÕES NAS ESTRUTURAS 
ESTADOS LIMITES 
O projeto de estruturas de aço se baseia no Método dos Estados-Limites. Um estado limite 
ocorre quando a estrutura apresenta desempenho inadequado às finalidades da construção. 
Devem ser considerados os estados-limites últimos (ELU) e os estados-limites de serviço (ELS). 
Nenhum estado-limite aplicável deve ser excedido. 
Os estados-limites últimos estão relacionados com a segurança da estrutura, e usualmente são 
caracterizados por: 
 Perda de equilíbrio, global ou parcial, da estrutura 
 Ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais 
 Transformação da estrutura, ou parte dela, em sistema hipostático 
 Instabilidade por flambagem 
Os estados-limites de serviço estão relacionados com o desempenho da estrutura sob condições 
normais de utilização, e usualmente são caracterizados por: 
 Deformações excessivas 
 Vibrações excessivas 
 
AÇÕES 
Ações são causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas. Na análise estrutural 
deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos 
para a estrutura. 
As ações são classificadas em: 
 Ações Permanentes. São as que ocorrem com valores praticamente constante durante 
toda vida útil da construção. Exemplos: peso próprio da estrutura, peso próprio de 
elementos construtivos fixos e instalações, empuxos permanentes. 
 Ações Variáveis. São as que ocorrem com valores que apresentam variações 
significativas durante a vida útil da construção. Exemplos: sobrecargas de uso e 
ocupação da edificação, equipamentos e divisórias móveis, pressões hidrodinâmicas, 
ação do vento, variação de temperatura. 
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As ações variáveis causadas pelo uso e ocupação são fornecidas no Anexo B da NBR 
8800:2008 e pela NBR 6120:1980. Os esforços causados pela ação do vento são 
fornecidos pela NBR 6123:1988. 
 Ações Excepcionais. São as que têm duração extremamente curta e probabilidade muito 
baixa de ocorrência durante a vida da construção, mas que devem ser consideradas no 
projeto de determinadas estruturas. Exemplos: explosões, choques de veículos, 
incêndios, sismos. 
 
COMBINAÇÕES DE AÇÕES 
A combinação das ações deve ser feita de forma que possam ser determinados os efeitos mais 
desfavoráveis para a estrutura. A verificação dos estados-limites últimos e dos estados-limites 
de serviço deve ser realizada em função de combinações últimas e combinações de serviço, 
respectivamente. 
As combinações últimas podem ser classificadas em: normais, especiais, de construção e 
excepcionais. 
As combinações últimas normais decorrem do uso previsto para a edificação. Devem ser 
consideradas tantas combinações de ações quantas forem necessárias para a verificação das 
condições de segurança em relação a todos os estados-limites últimos aplicáveis. Em cada 
combinação devem estar incluídas as ações permanentes e a ação variável principal, e as demais 
ações variáveis, consideradas secundárias. 
As parcelas de ações variáveis que provocam efeitos favoráveis não são consideradas nas 
combinações de ações. 
Para cada combinação última aplica-se a seguinte expressão: 
     kQqkQqkGgd FFFF ,0,11,  
dF
 – Valor de cálculo das ações 
kGF ,
 – Valor característicos das ações permanentes 
kQF ,1
 – Valor característico da ação variável considerada principal 
kQF ,
 – Valor característico das ações variáveis que podem atuar com a ação variável 
principal, denominadas ações variáveis secundárias 
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g
 – Coeficiente de ponderação das ações permanentes 
q
 – Coeficiente de ponderação das ações variáveis 
0
 – Fator de combinação para as ações variáveis 
 
Os coeficientes de ponderação das ações (
g
e 
q
) são dados na Tabela 1 da NBR 8800:2008. 
Os fatores de combinação são dados na Tabela 2 da NBR 8800. 
As combinações de serviço são classificadas de acordo com sua permanência na estrutura em: 
quase permanentes, frequentes e raras. 
As combinações quase permanentes são aquelas que podem atuar durante grande parte do 
período de vida da estrutura, da ordem da metade desse período. Essas combinações são 
utilizadas para os efeitos de longa duração e para a aparência da construção. 
Para combinações quase permanentes, aplica-se a expressão: 
   kQkGser FFF ,2, 
 
As combinações freqüentes são aquelas que se repetem muitas vezes durante o período de vida 
da estrutura, durante uma parte não desprezível desse período, da ordem de 5 por cento. São 
utilizadas para os estados-limites reversíveis, isto é, que não causam danos permanentes à 
estrutura ou outros componentes da construção. 
Para combinações freqüentes, aplica-se a expressão: 
   kQkQkGser FFFF ,2,11, 
 
As combinações raras são aquelas que podem atuar no máximo algumas horas durante o período 
de vida da estrutura. Essas combinações são utilizadas para os estados-limites irreversíveis, isto 
é, que causam danos permanentes à estrutura ou a outros componentes da construção. 
   kQkQkGser FFFF ,1,1, 
 
O Anexo C da NBR 8800:2008 apresenta valores dos deslocamentos máximos requeridos para 
situações usuais nas construções. Esses deslocamentos devem ser utilizados para verificação do 
estado-limite de serviço de deslocamentos excessivos da estrutura. 
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EXEMPLOS 
Exemplo 2.1. Uma viga de edifício comercial está sujeita a momentos fletores positivos 
oriundos de diferentes cargas. Calcular o momento fletor solicitante de projeto. 
o Peso próprio da estrutura de aço: 10 kN.m 
o Peso de elementos construtivos: 50 kN.m 
o Sobrecarga de uso: 30 kN.m 
o Vento (sobrepressão): 20 kN.m 
 
Exemplo 2.2. Uma treliça de aço de cobertura está sujeita aos carregamentos mostrados. 
Determinar as combinações necessárias para os estados limites último (ELU) e de serviço 
(ELS). 
o Peso da estrutura: 0,80 kN/m. 
o Peso das telhas: 0,60 kN/m. 
o Sobrecarga na cobertura: 1,8 kN/m. 
o Vento (sucção): - 3,0 kN/m. 
 
Exemplo 2.3. Seja um sistema de vigas de piso de um edifício, conforme figura. As ligações 
entres os elementos são todas flexíveis (articuladas). As vigas serão dimensionadas para 
suportar uma laje de concreto armado com vigotas pré-moldadas, com as nervuras nas direções 
indicadas. 
 
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Considerando o peso próprio da laje de 1,5 kN/m², revestimento da laje 1,0 kN/m² e sobrecarga 
de uso de 2,0 kN/m², pede-se: 
a. Determinar as combinações necessárias para os estados limites último (ELU) e de 
serviço (ELS). 
b. Utilizando o conceito de área de influência, determinar o carregamento nas vigas V1 e 
V2. 
a. Fazer o pré-dimensionamento das vigas V1 e V2, especificando um momento de inércia 
xI
 baseado nas deformações máximas do estado limite de serviço. 
 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
Exercício 2.1. Uma viga de aço de cobertura está sujeita aos seguintes carregamentos: 
o Peso da estrutura: 3,5 kN/m. 
o Peso de elementos construtivos: 2,5 kN/m. 
o Sobrecarga de uso: 6,0 kN/m. 
o Sobrecarga de equipamentos móveis: 4,0 kN/m. 
Determinaras combinações necessárias para os estados limites último (ELU) e de serviço 
(ELS). 
 
Exercício 2.2. Uma treliça de cobertura está sujeita aos carregamentos mostrados. Determinar 
as combinações necessárias para os estados limites último e de serviço. 
o Peso da estrutura: 3,0 kN/m. 
o Peso das telhas: 1,0 kN/m. 
o Sobrecarga na cobertura: 3,5 kN/m. 
o Vento (sucção): - 5,0 kN/m. 
 
Exercício 2.3. A cobertura de um galpão industrial é estruturada com treliças espaçadas a cada 
6,0 metros. Sabendo que é uma cobertura simples, sem forro, estimar as cargas na treliça de 
cobertura e determinar as combinações de carga necessárias para o dimensionamento. Nota: 
fazer um desenho em 3D e utilizar o conceito de área de influência para estimar a carga 
distribuída na treliça. Utilizar a pressão dinâmica do vento igual a 0,80 kN/m² (sucção). 
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Exercício 2.4. Seja a viga de piso engastada de vão L = 3,0 metros, conforme figura. A viga é 
submetida ao carregamento característico 
mkNqser /12
. Verificar se a flecha está dentro dos 
limites máximos. Dado: momento de inércia 
45000 cmI x 
. 
 
 
Exercício 2.5. Uma viga de aço bi-apoiada de vão L = 6,0 metros suporta uma alvenaria de 3,0 
metros de altura de tijolo furado de 14 cm. O revestimento (argamassa) em cada face da 
alvenaria tem 1,5 cm de espessura. Considerar uma sobrecarga na viga de 0,8 kN/m. Pede-se: 
a. Modelo estrutural da viga. 
b. Determinar as combinações necessárias para os estados limites último (ELU) e de 
serviço (ELS). 
c. Fazer o pré-dimensionamento da viga, especificando um momento de inércia 
xI
 
baseado nas deformações máximas do estado limite de serviço.