1 AULA UFC APRESENTAÇÃO

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Aula 01: Estruturas metálicas.
ENGENHARIA CIVIL
Prof: André Freitas
Juazeiro do Norte de 2013
Sumário
� Introdução – Estruturas metálicas;
� Materiais estruturais;
� Ações e segurança na estrutura
� Estruturas Leves - Cobertas;
1 – Introdução
� Aplicação do aço.
Fig.3. Galpão industrial Fig.4. Comporta de Barragem Fig.5. Estrutura de propaganda
Fig.6. Prédios comerciais
Fig.7. Base Foguete
Fig.8. Estrutura de ponte
1 – Introdução
� Custo e tempo de obra com aço.
1 – Introdução (Estruturas leves)
� Estruturas treliçadas: cobertas e galpões.
� Solicitação nos elementos.
● Esforço de tração, tirantes;
● Esforço de compressão, bielas ; 
Fig. 13 - Treliças em grandes vãos Fig. 1.3 - Treliças em grandes vãosFig. 14 – Elementos dos galpões
1 – Introdução (Estruturas pesadas)
� Estruturas apórticadas: Edifícios e Obras arte
� Solicitação nos elementos.
● Esforço de tração, tirantes;
● Esforço de compressão, pilar; 
● Esforço de flexocompressão ou flexotração; 
● Esforço de flexão, viga; 
Fig. 15 – Edifício de Múltiplos pavimentos Fig. 16 – Elementos de ponte
1 – Introdução
� Vantagens da aplicação do aço.
● Velocidade na execução da obra;
● Estrutura leve resultando em alivio na fundação; 
● Modulação da construção;
● Possibilidade de grandes vãos;
● Sem custo com escoramento e formas;
1 – Introdução
� Desvantagens da aplicação do aço.
● Alto custo do aço;
● Preocupação com corrosão; 
● Rápida redução da resistência do aço em situação de incêndio;
● Mão de obra especializada;
● Equipamento de montagem e fabricação;
2 – Materiais estruturais
� Ferro fundido. � Ferro laminado.
� Aço. � Alumínio.
` Fig. 9 – P. Coalbrookdale, Inglaterra
1779, 1o ponte f.fundido.
Fig. 10 – Ponte no Rio Janeiro, Brasil
1857, Ferro fundido e laminado
Fig. 11 - Cidade das artes e Ciências 
em Valência - Espanha Fig. 12 – Ginásio de Esportes, Juazeiro 
CE, Brasil.
� Ferro Laminado.
� Aços.
● Baixo carbono: C < 0,12%
� Ferro Fundido.
● Alto Carbono: 1,80 < C < 4,50%
Ferro
Carbono
Manganês
Silício
Cobre
● Baixo carbono: 0,12% < C < 1,70%
2 – Materiais estruturais – Ferro & carbono
2 – Materiais estruturais – Ferro & carbono
� Metalografia.
Fig.1. Aço com 0,06% de C. Fig.2. Aço com 0,2% de C.
Fig.3. Aço com 0,5% de C. Fig.4. Ferro Fundido.
2 – Materiais estruturais – Aço
� Aços carbono.
� Aços de baixa liga.
● Baixo carbono: C < 0,15%
● Carbono moderado: 0,15% < C < 0,29%
● Médio carbono: 0,30% < C < 0,59%
● Alto teor de Carbono: 0,60% < C < 1,70%
● Manganês (1,65%), Silício (0,60%), Cobre (0,60%)
● aço com baixo teor de carbono, na ordem de 0,20%
● Adição de Cromo colúmbio, Cobre, Manganês, Molibdênio, 
Níquel, Fósforo, Vanádio, Zircônio).
2 – Materiais estrut. – Aço (Caracterização)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 1 2 35
ε (%)
ƒ (MPa)
MR250
AR345
Fig.2. Diagrama Tensão x Deformação.
� Ensaio de tração. Controle da máquina 
hidráulica
Computador Suporte
Spider 8
Máquina 
Hidrau.
Fig.1. Sistema integrado de equipamentos de ensaio.
FORÇA
ƒu= 450Mpa
ƒrupƒy
ƒu= 400Mpa
ƒrupƒy
E (Constante)=2050000MPa
2 – Materiais estrut. – Aço (Propriedade)
� Constantes físicas do aço.
● Modulo de elasticidade: E = 205000MPa
● Módulo de cisalhamento: G = 78800MPa
● Coeficiente de Poisson: ν = 0,3
● Coeficiente de dilatação térmica: β = 12x10-6 por oC
● Peso específico: γa = 77kN/m3
Observação: 
i) A tensão de escoamento e a tensão ultima dependem do tipo do material.
ii) A resistência a tração e compressão no aço tem a mesma grandeza. 
iii) A resistência a tração no concreto é 10 vezes menor que a compressão, e 
seu peso especifico é 25kN/m3
2 – Materiais estrut. – Aço (Propriedade)
� Propriedades mecânicas.
● Ductilidade: Capacidade do material se deformar sob ação de 
cargas. Importante na redistribuição de tensões e colapso c/ aviso.
Fig.4. Comportamento 
dúctil de viga de aço.
● Fragilidade: Oposto de ductilidade. Pouca deformação antes 
da ruptura. Ocasiona colapso s/ aviso. Pode ser provocado por 
efeitos térmicos, aumento ou baixa de temperatura.
Fig.5. Comportamento frágil 
de viga de concreto.
� Padronização ABNT.
� Padronização SAE.
● MR250 – aço de média resistência: fy=250MPa; fu=400MPa
● AR290 – aço de alta resistência: fy=290MPa; fu=415MPa
● AR345 – aço de alta resistência: fy=345MPa; fu=450MPa
● AR-COR-345 – aço de alta resistência: fy=345MPa; fu=485MPa
Resistente a corrosão
● Aço SAE XXYY (XX é a liga e YY o valor de carbono em 0,01%)
● Ligas: 1.Aço-carbono, 2.Aço-níquel, 3.Aço-cromo-níquel, 4.Aço-
molibdênio, 5-Aço-cromo, 6-Aço-cromo-vanádio, etc...
● Exemplos: Aço SAE 1020 (aço carbono, com 0,20% de carbono)
Aço SAE 2320 (aço níquel, com 3,5% de Ni e 0,2%C)
2 – Materiais estrut. – Aço (Nomenclatura)
3 – Ações e segurança na estrutura
� Ações externas.
● Peso próprio da estrutura;
● Sobrecarga; 
● Ações devidas ao vento;
● Ações devido a temperatura;
● Outras ações especiais;
� Normas Brasileiras.
● NBR6120 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações;
● NBR6123 – Forças devidas ao vento em edificações;
● NBR7189 – Cargas móveis para ferrovias;
● NBR8800 – Projeto e execução de estruturas de aço;
3 – Ações e segurança na estrutura
� Método das tensões admissíveis.
● Único coeficiente de segurança para as diversas incertezas;
● Análise estrutural é feita em regime elástico; 
● Tensão de escoamento, instabilidade e fadiga;
� Método dos estados limites.
● Específicos coeficientes de segurança para cada incerteza;
● Estados limites últimos, dimensionamento; 
● Estados limites de utilização, verificação;
� Estruturas treliçadas planas.
� Estruturas treliçadas tridimensionais.
Fig. 1 - Treliças em grandes vãos
Fig. 2 –Elementos treliça com banzos paralelos
Fig. 3 - Treliça espacial típica
Fig. 3 – Elementos 
da treliça
4 – Estruturas leves - cobertas
� Elementos construtivos.
Fig. 14 – Elementos dos galpões
Tesoura ou treliça
Telha de coberta
Terça de coberta
Telha de vedação
Terça de vedação
Contraventamento
4 – Estruturas leves - cobertas
� Elementos construtivos.
4 – Estruturas leves - cobertas
� Elementos construtivos.
4 – Estruturas leves - cobertas
� Elementos construtivos.
4 – Estruturas leves - cobertas
� Geometrias padrões das tesouras.
a) Pratt
b) Nielsen
c) Pratt − Parabólica Invertida
d) Nielsen − Parabólica Invertida
c) Howe Inglesa
d) Pratt Inglesa
a) Comum
b) Polonceau − Francesa
● Banzos superiores inclinados; ● Banzos curvos;
4 – Estruturas leves - cobertas
� Geometrias padrões das tesouras.
a) Pratt − Tabuleiro Inferior b) Pratt − Tabuleiro Exterior
j) Pratt − Tabuleiro Invertido
g) Warren − Tabuleiro Inferior
f) Pratt − Montante Extremo Inclinado
c) Warren − Montante 1
e) Tipo "K"
h) Baltimore
i) Fink
d) Warren − Montante 2
● Treliças com banzos paralelos;
4 – Estruturas leves - cobertas
� Geometria da treliça tridimensional.
Fig.10– Elementos da estrutura espacial quadrado sobre quadrado.
Diagonal
Ligação dos 
elementos
Banzo superior
Banzo inferior
Z
X
Y
Ângulo da 
diagonal
ELEMENTOS DA TRELIÇA TRIDIMENSIONAL:
4 – Estruturas leves - cobertas
� Disposição espacial das treliças tridimensionais.
Fig.18 – Estrutura plana. Fig.19 – Estrutura em arco. Fig.20 – Estrutura em cúpula.
Fig.21 – Estrutura em forma de casca. Fig.22 – Estrutura em forma de onda.
4 – Estruturas leves - cobertas
� Dimensionamento dos elementosda treliça.
MODELO DE CÁLCULO:
CARREGAMENTO NODAL
ROTULA NO NÓ
MOMENTO ZERO
Fig.23– Modelo teórico de estrutura treliçada.
ESFORÇO AXIAL DE COMPRESSÃO
ESFORÇO AXIAL DE TRAÇÃO
Fig.24– Gráfico do esforço normal em estrutura treliçada.
TRAÇÃO: Estado limite de escoamento da seção bruta e ruptura da seção liquida.
COMPRESSÃO: Limite de instabilidade da peça (Esbeltez).
4 – Estruturas leves - cobertas
Projeto: