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Questões para período de aulas suspensas – 16 a 29/03/20 Disciplina: Complementos de Sistemas Estruturais (Madeira e Metais) O aluno deverá escolher 6 exercícios, resolvê-los (com as justificativas e todas as contas necessárias) e entregá-los ao professor da disciplina no retorno às aulas. Exercício 1: Determinar a combinação de ações mais desfavorável segundo o método dos estados limites, utilizando a combinação última normal sabendo: Viga metálica sujeita a esforços oriundos de diversas ações: Peso próprio = 10 kNm Ações permanentes devido a estruturas moldadas in loco = 15 kNm Vento de sobrepressão = 30 kNm Sobrecarga devido a ações de uso e ocupação (concentração de pessoas) = 50 kNm Dados para auxílio na resolução: Segundo o método dos estados limites, a segurança estrutural pode ser expressa por: Coeficiente de ponderação das ações As ações devem ser majoradas pelo coeficiente de ponderação , dado por: Onde: é a parcela do coeficiente que considera a variabilidade das ações; é a parcela do coeficiente que considera a simultaneidade de atuação das ações; é a parcela do coeficiente que considera os possíveis erros de avaliações dos efeitos das ações. Coeficiente de ponderação das ações no estado limite último Os valores base para verificação dos estados limites últimos são apresentados nas tabelas a seguir. O produto é representado por ou . O coeficiente é igual ao fator . Tabela 3 – Valores dos coeficientes de ponderação Fonte: ABNT (2008, p. 18). Tabela 4 – Valores dos fatores de combinação e de redução e para ações variáveis Fonte: ABNT (2008, p. 19). Combinações últimas normais As combinações últimas normais decorrem do uso previsto da edificação e aplicam-se à seguinte expressão: Onde: são os valores característicos das ações permanentes; é o valor característico da ação variável considerada como principal; são os valores característicos das ações variáveis simultâneas com a ação principal. Exercício 2: Determinar as combinações de serviço pedidas para as ações em uma viga metálica. Viga metálica sujeita a esforços oriundos de diversas ações: Peso próprio = 5kNm Ações permanentes devido a laje pré-moldada = 10kNm Vento de sobrepressão = 35kNm Sobrecarga devido a equipamentos fixos por longo tempo = 70kNm Combinações de serviço são classificadas em: Quase permanente Frequente Rara Combinações quase permanentes de serviço São aquelas que atuam durante grande parte da vida da estrutura, acima da metade do período da vida útil, e podem ser expressas como: As combinações quase permanentes de serviço são utilizadas para os efeitos de longa duração e que comprometam a aparência da construção, como os deslocamentos excessivos. Combinações frequentes de serviço São aquelas que se repetem muitas vezes durante o período de vida útil da estrutura de 105 vezes em 50 anos, ou que tenham duração total igual a uma parte não desprezível desse período, da ordem de 5%. Essas combinações são utilizadas para verificação de estados limites que não causam danos permanentes e/ou que estão relacionados ao conforto do usuário, como: vibrações, movimentos laterais, empoçamento, abertura de fissuras etc. Combinações raras de serviço As combinações raras de serviço são aquelas que podem atuar no máximo algumas horas durante o período de vida útil 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, e para aqueles relacionados ao funcionamento adequado da estrutura, como formação de fissuras e danos aos fechamentos. Exercício 3: Determinar a combinação de ações mais desfavorável segundo o método dos estados limites, utilizando a combinação última normal para uma diagonal de um treliça, sabendo que o esforço nessa diagonal é de tração axial Diagonal sujeita a esforços oriundos de diversas ações: Peso próprio = 20kN Ações permanentes devido a estruturas moldadas in loco = 25 kN Vento de sobrepressão = 60 kN Sobrecarga devido a ações de uso e ocupação (concentração de pessoas) = 100 kN Exercício 4: Para o dimensionamento de barras tracionadas em aço, quais os estados limites aplicáveis? a) Estados Limites Últimos (escoamento da seção bruta e ruptura da seção efetiva); Estado Limite de Serviço (limitação da esbeltez da peça). b) Estados Limites Últimos (limitação da esbeltez da peça); Estado Limite de Serviço (escoamento da seção bruta e ruptura da seção efetiva). c) Estados Limites Últimos (força axial resistente de cálculo); Estado Limite de Serviço (limitação da esbeltez da peça). d) Estados Limites Últimos (limitação da esbeltez da peça); Estado Limite de Serviço (força axial resistente de cálculo). e) Estados Limites Últimos (ruptura da seção efetiva); Estado Limite de Serviço (escoamento da seção bruta). Exercício 5: No que diz respeito à ruptura da seção efetiva podemos afirmar: I. A área líquida de uma barra é a soma dos produtos da espessura pela largura líquida de cada elemento e o coeficiente de redução da área líquida Ct pode ser obtido em função do comprimento da ligação e de sua excentricidade; II. A área líquida de uma barra tracionada também pode ser obtida, subtraindo-se da área bruta da seção transversal os descontos relativos aos furos na seção; III. Em peças onde não existam furos é necessário o cálculo da área líquida; IV. Todas as ligações parafusadas devem ter pelo menos 2 parafusos por linha na direção da solicitação; V. O coeficiente redutor da área líquida pode ser considerado igual a 1,0, nos casos em que apenas uma parte e/ou um dos lados da seção transversal estiver conectada; a) Somente I correta, demais incorretas. b)I, II e IV corretas, demais incorretas . c) Somente V correta, demais incorretas. d) Somente III correta, demais incorretas. e) Somente III e V corretas, demais incorretas. Exercício 6: Determinar a espessura necessária da chapa de aço submetida à tração axial ligada a duas outras chapas por parafusos de 22mm de diâmetro. O processo de estampagem do furo será por broqueamento. Aço ASTM A36 Exercício 7: Determinar o esforço de tração resistente de cálculo para a chapa de 20mm de espessura ligadas a outras duas chapas por parafusos com diâmetro de 19mm. O processo de estampagem do furo será por puncionamento. Aço MR 250. Exercício 8: Verificar a diagonal de uma treliça sujeita a um esforço de tração axial de projeto Nt,Rd = 160 kN. Como pré-dimensionamento dessa peça, escolheu-se um 2L 50,8x4,76. Aço ASTM A36. Espessura da chapa Gusset 6,35mm. VERIFICAR O ESTADO LIMITE ÚLTIMO E ESTADO LIMITE DE SERVIÇO Exercício 9: No que diz respeito aos elementos comprimidos de aço podemos afirmar que o correto é o que se afirma em: I. Os elementos comprimidos só podem atingir seu estado limite último por escoamento de sua seção transversal; II. Os elementos comprimidos só podem atingir seu estado limite último por efeito de flambagem; III. Os elementos comprimidos podem atingir seu estado limite último por escoamento ou por colapso devido ao fenômeno de flambagem; IV. A flambagem em um elemento comprimido pode ser global ou local; V. A flambagem em um elemento comprimido pode ser global ou local, no entanto, acontecendo uma delas a outra é excluída; a) Somente I e II corretas, demais incorretas. b) Somente V correta. c) III e IV corretas, demais incorretas. d) Somente I correta, demais incorretas. e) Somente II correta, demais incorretas. Exercício 10: No que diz respeito à flambagem dos elementos comprimidos, assinale a alternativa correta a) Flambagem global pode se manifestar por flexão, torção ou flexo-torção e a Flambagem local quando 1 ou mais elementos da seção transversal apresentam ondulações ou enrugamentos. b) Flambagem global pode se manifestar por flexão ou flexo-torção, e a Flambagem local quando 1 ou mais elementos da seção transversal apresentam ondulações ou enrugamentos. c) Flambagem global pode se manifestar por torção ouflexo-torção e a Flambagem local quando 1 ou mais elementos da seção transversal apresentam ondulações ou enrugamentos d) Flambagem global pode se manifestar por flexão, torção ou flexo-torção e a Flambagem local quando 1 ou mais elementos da seção transversal apresentam flambagem global. e) Só pode haver flambagem global ou flambagem local em uma barra, não podendo existir esses dois efeitos concomitantemente. Exercício 11: Em barras prismáticas submetidas à força de compressão a condição de segurança é satisfeita quando: a) Quando a força axial solicitante de cálculo NcSd for maior ou igual a força axial resistente de cálculo NcRd; b) Quando a força axial resistente de cálculo NcRdfor menor que a força axial solicitante de cálculo NcSd; c) Quando a força axial solicitante de cálculo NcSd for maior a força axial resistente de cálculo NcRd; d) Quando a força axial solicitante de cálculo NcSd for somente igual a força axial resistente de cálculo NcRd; e) Quando a força axial solicitante de cálculo NcSd for menor ou igual a força axial resistente de cálculo NcRd; 3) 4) Pressão dinâmica do vento 0,60,30 Variações uniformes de temperatura referente à média anual local 0,60,50,3 1) Edificações residenciais de acesso restrito. 2) Edificações comerciais, de escritórios e de acesso ao público. reduzido, multiplicando-o por 0,7. Locais em que não há predominância de equipamentos fixos, nem de elevadas concentrações de pessoas 1) 0,50,40,3 Locais onde há predominância de equipamentos fixos, ou de elevadas concentrações de pessoas 2) 0,70,60,4 0,4 Bibliotecas, arquivos, oficinas e garagens e sobrecargas em coberturas ( ver B.5.1) 0,80,70,6 Passarelas de pedestres0,60,40,3 Cargas móveis e seus efeitos dinâmicos NOTAS: 3) Para combinações excepcionais onde a ação principal for sismo, admite-se para o valor zero 4) Para combinações excepcionais onde a ação principal for o fogo, o fator de redução pode ser Ações Vento Temperatura Cargas acidentais de edifícios Vigas de rolamento de pontes rolantes1,00,80,5 Pilares e outros elementos ou subestruturas que suportam vigas de rolamento de pontes rolantes 0,70,6 ɗɗଵɗଶɗଶɀଶɗଶ Planilha1 classe de carregamento ação variável principal da combinação duração acumulada Ordem de grandeza da duração acumulada da ação característica Extensão da carga normal às fibras medida paralelamente a estas (cm) 1.0 2.00 Permanente Permanente Vida útil da construção Longa duração Longa duração Mais de seis meses 2.0 1.70 Média duração Média duração Uma semana a seis meses Curta duração Curta duração Menos de uma semana 3.0 1.55 Duração instantânea Duração instantânea Muito curta 4.0 1.40 5.0 1.30 7.5 1.15 10.0 1.10 15.0 1.00 Planilha5 1.0 6.00 11.0 41.20 2.0 8.80 12.0 44.80 3.0 12.30 13.0 48.50 4.0 15.90 14.0 52.10 5.0 19.50 15.0 55.80 6.0 23.10 16.0 59.40 7.0 26.70 17.0 63.00 8.0 30.30 18.0 66.70 9.0 34.00 19.0 70.30 10.0 37.60 20.0 74.00 Planilha4 classe de carregamento Tipos de madeira Madeira Serrada Madeira recomposta Madeira Laminada Colada Madeira Compensada Permanente 0.6 0.30 Longa duração 0.7 0.45 Média duração 0.8 0.65 Curta duração 0.9 0.90 Duração instantânea 1.10 1.10 Classe de umidade Tipos de madeira Madeira Serrada Madeira recomposta Madeira Laminada Colada Madeira Compensada (1) e (2) 1.0 1.0 (3) e (4) 0.8 0.90 Classe de carregamento Classe de umidade (1) e (2) (3) e (4) compressão paralelas às fibras tração paralelas às fibras permanentente ou de longa duração 0.8 2.0 cisalhamento paralelo às fibras média duração 0.3 1.0 curta duração 0.1 0.50 Planilha2 Combinações Para efeitos Desfavoráveis favoráveis Normais Especiais ou de construção Excepcionais Combinações Para efeitos Desfavoráveis favoráveis Normais Especiais ou de construção Excepcionais Combinações Para efeitos Desfavoráveis favoráveis Normais Especiais ou de construção Excepcionais Combinações ações variáveis em geral incluídas as cargas acidentais móveis efeitos da temperatura Normais Especiais ou de construção Excepcionais Planilha3 ações correntes em estruturas Variações uniformes de temperatura referente à média anual local 0.6 0.5 0.3 Pressão dinâmica do vento 0.5 0.2 0 Cargas acidentais dos edifícios Locais em que não há predominância de equipamentos fixos, nem de elevadas concentrações de pessoas 0.4 0.3 0.2 Locais onde há predominância de equipamentos fixos, ou de elevadas concentrações de pessoas 0.7 0.6 0.4 Bibliotecas, arquivos, oficinas e garagens 0.8 0.7 0.6 Cargas móveis e seus efeitos dinâmicos Pontes de pedestres 0.4 0.3 0,2¹ ) Pontes rodoviárias 0.6 0.4 0,2¹ ) Pontes ferroviárias (ferrovias não especializadas) 0.8 0.6 0,4¹ ) Nota 1): Admite-se , quando a ação variável principal corresponde a um efeito sísmico. Planilha6 Combinações Ações permanentes Diretas - pesos próprios Indiretas estruturas metálicas estruturas pré-moldadas estruturas moldadas in loco, elementos construtivos industrializados, empuxos permanentes elementos construtivos industrializados com adições in loco, elementos construtivos em geral e equipamentos Normais 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50 1.20 Especiais ou de construção 1.15 1.20 1.25 1.30 1.40 1.20 Excepcionais 1.10 1.15 1.15 1.20 1.30 0.00 Ações variáveis Efeito da temperatura Demais ações variáveis, incluindo as ações decorrentes do uso e ocupação Ação do vento Normais 1.20 1.50 1.40 Especiais ou de construção 1.00 1.30 1.20 Excepcionais 1.00 1.00 1.00 NOTAS: Os valores entre parênteses correspondem aos coeficientes para as ações permanentes favoráveis à segurança; ações variáveis e excepcionais favoráveis à segurança não devem ser incluídas nas combinações. O efeito da temperatura citado não inclui o gerado por equipamentos, o qual deve ser considerado como ação decorrente do uso e ocupação da edificação. Nas combinações normais, as ações permanentes diretas que não são favoráveis à segurança podem, opcionalmente, ser consideradas todas agrupadas, coeficiente de ponderação igual a 1,35 quando as ações variáveis decorrentes do uso e ocupação forem iguais ou superiores a 5 kN/m², ou 1,40 quando isto não ocorrer. Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente 1,25 e 1,30, e nas combinações excepcionais, 1,15 e 1,20. Nas combinações normais, se as ações permanentes diretas que não são favoráveis à segurança forem agrupadas, as ações variáveis que não são favoráveis à segurança podem, opcionalmente, ser considerads também todas agrupadas, com coeficientes de ponderação igual a 1,50 quando as ações variáveis decorrentes do uso e ocupação forem iguais ou superiores a 5 kN/m², ou 1,40 quando isto não ocorrer (mesmo nesse caso, o efeito da temperatura pode ser considerado isoladamente, com seu próprio coeficiente de ponderação). Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente 1,30 e 1,20, e nas combinações excepcionais, sempre 1,0. Planilha7 Ações 3) 4) Cargas acidentais de edifícios Locais em que não há predominância de equipamentos fixos, nem de elevadas concentrações de pessoas 1) 0.5 0.4 0.3 Locais onde há predominância de equipamentos fixos, ou de elevadas concentrações de pessoas 2) 0.7 0.6 0.4 Bibliotecas, arquivos, oficinas e garagens e sobrecargas em coberturas ( ver B.5.1) 0.8 0.7 0.6 Vento Pressão dinâmica do vento 0.6 0.3 0 Temperatura Variações uniformes de temperatura referente à média anual local 0.6 0.5 0.3 Cargas móveis e seus efeitos dinâmicos Passarelas de pedestres 0.6 0.4 0.3 Vigas de rolamento de pontes rolantes 1.0 0.8 0.5 Pilares e outros elementos ou subestruturasque suportam vigas de rolamento de pontes rolantes 0.7 0.6 0.4 NOTAS: 1) Edificações residenciais de acesso restrito. 2) Edificações comerciais, de escritórios e de acesso ao público. 3) Para combinações excepcionais onde a ação principal for sismo, admite-se para o valor zero 4) Para combinações excepcionais onde a ação principal for o fogo, o fator de redução pode ser reduzido, multiplicando-o por 0,7. 1,251,301,351,401,501,20 1,151,201,251,301,401,20 1,101,151,151,201,300,00 Normais Excepcionais NOTAS: 1,00 1,40 1,20 1,00 Combinações Ações permanentes Normais Especiais ou de construção elementos construtivos em geral e equipamentos Diretas - pesos próprios estruturas metálicas estruturas pré- moldadas estruturas moldadas in loco, elementos construtivos industrializados, empuxos permanentes elementos construtivos industrializados com adições in loco, Indiretas Os valores entre parênteses correspondem aos coeficientes para as ações permanentes favoráveis à segurança; ações variáveis e excepcionais favoráveis à segurança não devem ser incluídas nas combinações. O efeito da temperatura citado não inclui o gerado por equipamentos, o qual deve ser considerado como ação decorrente do uso e ocupação da edificação. Nas combinações normais, as ações permanentes diretas que não são favoráveis à segurança podem, opcionalmente, ser consideradas todas agrupadas, coeficiente de ponderação igual a 1,35 quando as ações variáveis decorrentes do uso e ocupação forem iguais ou superiores a 5 kN/m², ou 1,40 quando isto não ocorrer. Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente 1,25 e 1,30, e nas combinações excepcionais, 1,15 e 1,20. Nas combinações normais, se as ações permanentes diretas que não são favoráveis à segurança forem agrupadas, as ações variáveis que não são favoráveis à segurança podem, opcionalmente, ser considerads também todas agrupadas, com coeficientes de ponderação igual a 1,50 quando as ações variáveis decorrentes do uso e ocupação forem iguais ou superiores a 5 kN/m², ou 1,40 quando isto não ocorrer (mesmo nesse caso, o efeito da temperatura pode ser considerado isoladamente, com seu próprio coeficiente de ponderação). Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente 1,30 e 1,20, e nas combinações excepcionais, sempre 1,0. Excepcionais Ações variáveis Efeito da temperatura Demais ações variáveis, incluindo as ações decorrentes do uso e ocupação Ação do vento Especiais ou de construção 1,20 1,00 1,00 1,50 1,30 ɀͳ)͵)ͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͳǡͲͲͲɀ୯ͳ)Ͷ)ʹ)ͳ)ʹ)͵)Ͷ) Planilha1 classe de carregamento ação variável principal da combinação duração acumulada Ordem de grandeza da duração acumulada da ação característica Extensão da carga normal às fibras medida paralelamente a estas (cm) 1.0 2.00 Permanente Permanente Vida útil da construção Longa duração Longa duração Mais de seis meses 2.0 1.70 Média duração Média duração Uma semana a seis meses Curta duração Curta duração Menos de uma semana 3.0 1.55 Duração instantânea Duração instantânea Muito curta 4.0 1.40 5.0 1.30 7.5 1.15 10.0 1.10 15.0 1.00 Planilha5 1.0 6.00 11.0 41.20 2.0 8.80 12.0 44.80 3.0 12.30 13.0 48.50 4.0 15.90 14.0 52.10 5.0 19.50 15.0 55.80 6.0 23.10 16.0 59.40 7.0 26.70 17.0 63.00 8.0 30.30 18.0 66.70 9.0 34.00 19.0 70.30 10.0 37.60 20.0 74.00 Planilha4 classe de carregamento Tipos de madeira Madeira Serrada Madeira recomposta Madeira Laminada Colada Madeira Compensada Permanente 0.6 0.30 Longa duração 0.7 0.45 Média duração 0.8 0.65 Curta duração 0.9 0.90 Duração instantânea 1.10 1.10 Classe de umidade Tipos de madeira Madeira Serrada Madeira recomposta Madeira Laminada Colada Madeira Compensada (1) e (2) 1.0 1.0 (3) e (4) 0.8 0.90 Classe de carregamento Classe de umidade (1) e (2) (3) e (4) compressão paralelas às fibras tração paralelas às fibras permanentente ou de longa duração 0.8 2.0 cisalhamento paralelo às fibras média duração 0.3 1.0 curta duração 0.1 0.50 Planilha2 Combinações Para efeitos Desfavoráveis favoráveis Normais Especiais ou de construção Excepcionais Combinações Para efeitos Desfavoráveis favoráveis Normais Especiais ou de construção Excepcionais Combinações Para efeitos Desfavoráveis favoráveis Normais Especiais ou de construção Excepcionais Combinações ações variáveis em geral incluídas as cargas acidentais móveis efeitos da temperatura Normais Especiais ou de construção Excepcionais Planilha3 ações correntes em estruturas Variações uniformes de temperatura referente à média anual local 0.6 0.5 0.3 Pressão dinâmica do vento 0.5 0.2 0 Cargas acidentais dos edifícios Locais em que não há predominância de equipamentos fixos, nem de elevadas concentrações de pessoas 0.4 0.3 0.2 Locais onde há predominância de equipamentos fixos, ou de elevadas concentrações de pessoas 0.7 0.6 0.4 Bibliotecas, arquivos, oficinas e garagens 0.8 0.7 0.6 Cargas móveis e seus efeitos dinâmicos Pontes de pedestres 0.4 0.3 0,2¹) Pontes rodoviárias 0.6 0.4 0,2¹) Pontes ferroviárias (ferrovias não especializadas) 0.8 0.6 0,4¹) Nota 1): Admite-se , quando a ação variável principal corresponde a um efeito sísmico. Planilha6 Combinações Ações permanentes Diretas - pesos próprios Indiretas estruturas metálicas estruturas pré-moldadas estruturas moldadas in loco, elementos construtivos industrializados, empuxos permanentes elementos construtivos industrializados com adições in loco, elementos construtivos em geral e equipamentos Normais 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50 1.20 Especiais ou de construção 1.15 1.20 1.25 1.30 1.40 1.20 Excepcionais 1.10 1.15 1.15 1.20 1.30 0.00 Ações variáveis Efeito da temperatura Demais ações variáveis, incluindo as ações decorrentes do uso e ocupação Ação do vento Normais 1.20 1.50 1.40 Especiais ou de construção 1.00 1.30 1.20 Excepcionais 1.00 1.00 1.00 NOTAS: Os valores entre parênteses correspondem aos coeficientes para as ações permanentes favoráveis à segurança; ações variáveis e excepcionais favoráveis à segurança não devem ser incluídas nas combinações. O efeito da temperatura citado não inclui o gerado por equipamentos, o qual deve ser considerado como ação decorrente do uso e ocupação da edificação. Nas combinações normais, as ações permanentes diretas que não são favoráveis à segurança podem, opcionalmente, ser consideradas todas agrupadas, coeficiente de ponderação igual a 1,35 quando as ações variáveis decorrentes do uso e ocupação forem iguais ou superiores a 5 kN/m², ou 1,40 quando isto não ocorrer. Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente 1,25 e 1,30, e nas combinações excepcionais, 1,15 e 1,20. Nas combinações normais, se as ações permanentes diretas que não são favoráveis à segurança forem agrupadas, as ações variáveis que não são favoráveis à segurança podem, opcionalmente, ser considerads também todas agrupadas, com coeficientes de ponderação igual a 1,50 quando as ações variáveis decorrentes do uso e ocupação forem iguais ou superiores a 5 kN/m², ou 1,40 quando isto não ocorrer (mesmo nesse caso, o efeito da temperatura pode ser considerado isoladamente, com seu próprio coeficiente de ponderação). Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente 1,30 e 1,20, e nas combinações excepcionais, sempre 1,0.
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