FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS Antes de procedermos ao estudo de Elementos tracionados, e como mais adiante efetuaremos o cálculo dos mesmos, seria importante recordar -mo –nos de algumas noções importantes, que, sem as quais, efetuaremos o dimensionamento dos elementos estruturais de forma não funcional, uma vez que esses elementos só são dimensionados tendo em conta os coeficientes de segurança e das condições de trabalho das mesmas. Estados Limites O Estado Limite vem que podiam ser: Estados limites últimos ou Estados limites de serviço. Estados Limites Últimos: No projeto, usualmente devem ser considerados os estados limites últimos caracterizados por: a) perda do equilíbrio, global ou parcial, admitida a estrutura como um corpo rígido; b) ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais; c) transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema hipostático; d) instabilidade por deformação; e) instabilidade dinâmica. Estados Limites de Serviço: No período de vida da estrutura, usualmente são considerados estados limites de serviço caracterizados por: a) danos ligeiros ou localizados, que comprometam o aspecto estético da construção ou a durabilidade da estrutura; b) deformações excessivas que afetem a utilização normal da construção ou seu aspecto estético; c) vibração excessiva ou desconfortável. AÇÕES Para o estabelecimento das regras de combinação das ações, estas são classificadas Segundo sua variabilidade no tempo em três categorias: Ações Permanentes Consideram-se como ações permanentes: a) ações permanentes diretas: os pesos próprios dos elementos da construção,Incluindo-se o peso próprio da estrutura e de todos os elementos construtivos permanentes, os pesos dos equipamentos fixos, empuxos devidos ao peso próprio de terras não removíveis e de outras ações permanentes sobre elas aplicadas; b) ações permanentes indiretas: recalques de apoio e retração dos materiais. Ações Variáveis São as cargas acidentais das construções, bem como efeitos, tais como forças de travagens, forças de impacto e centrífugo, os efeitos do vento, das variações de temperatura, do atrito nos Aparelhos de apoio e, em geral, as pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas. O DOCENTE : Angelo Sumana 1 FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS Em função de sua probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, as ações variáveis são classificadas em normais ou especiais. a) ações variáveis normais: são aquelas com probabilidade de ocorrência Suficientemente grande para que sejam obrigatoriamente consideradas no projeto das estruturas de um dado tipo de construção; b) ações variáveis especiais: são as ações sísmicas ou cargas acidentais de natureza ou de intensidade especiais. 6.3.1.3 Ações Excepcionais: São as decorrentes de causas tais como explosões, choques de veículos, incêndios, Enchentes os sismos excepcionais. 2 ELEMENTOS TRACIONADOS 1 TIPOS CONSTRUTIVOS Critérios tradicionais para dimensionamento de barras tracionadas, em geral baseados no método das tensões admissíveis, limitam a tensão média na seção transversal mais enfraquecida por furos ao valor da tensão de escoamento do aço. Critérios mais modernos fazem distinção entre o problema de limitação da deformabilidade excessiva ao longo da barra, utilizando a tensão de escoamento como limite, e o problema de ruptura do material em pontos de concentração de tensões, por exemplo, junto a furos para conexões, em que a tensão correspondente à ruptura do aço é considerada como limite. Com isso chega-se a um dimensionamento mais lógico e geralmente mais econômico, sem sacrifício da segurança. Perfis utilizados em barras tracionadas Barras tracionadas são muito comuns em estruturas de aço. Aparecem como elementos estruturais principais em treliças de pontes e coberturas, em estruturas treliçadas de torres de transmissão e sistemas de contraventamentos em edifícios altos, entre outras aplicações. Barras tracionadas podem ter seções transversais formadas por perfis isolados ou compostos por vários perfis. Na prática, existem inúmeras situações em que encontramos elementos estruturais sujeitos a tração, podendo citar: tirantes, contraventamentos de torres e barras de treliças. Encontram-se diversas formas para estes elementos, como barras circulares, barras chatas ou perfis laminados simples (todos estes constituídos de uma seção simples) ou perfis laminados compostos (ou seja, constituídos por duas ou mais seções). A figura 1 apresenta algumas das seções típicas para barras tracionadas. O DOCENTE : Angelo Sumana FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS Fig. 1 . -Elementos Metálicos Sob Efeito De Corte Originado Pela Tração. 3 Fig. 2. - Um Parafuso Sujeito ao corte originado por Tração. Eis os perfis Utilizados em barras tracionadas: Fig. 3 .-Perfis Laminados ( 1,2 e 3 ); Perfil Soldado ( 4 ) e Chapa Dobrada ( 5 ). 2. DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES E CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO Os critérios de dimensionamentos verificados são: o escoamento da seção bruta, que é responsável pelas deformações excessivas e ruptura da seção líquida efetiva, responsável pelo colapso total da peça. Um dos conceitos de maior importância neste dimensionamento é a determinação correta da área da seção transversal e os coeficientes envolvidos. A partir dos resultados obtidos pelos dois critérios, admite-se o menor valor entre os dois. a) Estado limite de escoamento da seção bruta N d t Ag . y , com t = 0.90 onde Ag = área bruta b) Estado limite de ruptura da seção líquida efetiva N d t Ae . u , com t = 0.75 onde Ae = área liquida efetiva . Tabela 1 - Valores de esbeltez limite para peças tracionadas. Peças dos vigamentos principais NB SABS AASHTO 240 210 200 O DOCENTE : Angelo Sumana FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS Peças de contraventamento e outros vigamentos secundários 300 230 240 Consideremos, agora, a peça tracionada da Figura 4, cuja conexão ao restante da estrutura é feita através de parafusos. A presença dos furos enfraquece a seção transversal, causando uma concentração de tensões. A tensão máxima, em regime elástico, chega a ser três vezes superior à tensão média (Figura 5). Aumentando-se a força de tração, chega-se à ruptura. Porém, antes de se alcançar a ruptura, toda a seção entrará em escoamento de forma que a concentração de tensões pode ser deixada de lado. O escoamento da seção líquida conduz a um pequeno alongamento e não constitui um estado limite. 4 Fig.4 : Peça Submetida a Tração. Fig. 5 - Tensões normais de tração axial, em uma peça tracionada com furo. ÁREA LÍQUIDA Numa barra com furos (Figura 6a e 6b), a área líquida (An) é obtida subtraindo-se da área bruta (Ag) as áreas dos furos contidos em uma seção reta da peça (linha de ruptura). Assim, temos: Ag = soma dos produtos largura bruta vezes a espessura (área bruta) Ae = Ct An Ct = coeficiente de redução; An = área líquida: a definição desta área visa levar em consideração o enfraquecimento da seção transversal devido aos furos. Caso não haja furos An = Ag. Para fins de cálculo adota-se: df = dp +2 mm O DOCENTE : Angelo Sumana FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS df = dp +3,5 mm (furo padrão). df = diâmetro do furo; dp = diâmetro do parafuso. 5 (a) (b) Fig. 6 - Seção líquida de peças com furos. Se a linha de ruptura fizer “zigue-zague” (Figura 6b), a área líquida será: An =ln . t Onde: ln = lg – d + S2 / ( 4 . g ) Calcula-se para cada linha de ruptura, uma área líquida e utiliza-se a mais crítica. Ainda considerando a Figura 7, podemos ter as seguintes linhas de ruptura: Fig. 7 - Seção líquida de peças com furos. No caso de cantoneiras com furos em abas opostas rebate-se uma aba no plano da outra para transformá-la em uma chapa. O valor de Ct é encontrado pelos seguintes critérios: · Quando a força de tração é transmitida a todos os elementos da seção, por ligações parafusadas ou soldadas: Ct = 1 · Quando a força de tração é transmitida apenas a alguns elementos da seção, encontramos o valor de Ct conforme os critérios descritos abaixo: A) Para Perfis I ou H, quando (bf/d)>=(2/3)d, ou para perfis T obtidos a partir daqueles, com ligações apenas nas mesas (Caso forem ligações parafusadas, deve ser composta de no mínimo 3 parafusos alinhados na direção da força) Ct = 0,90 B) Para Perfis I ou H, quando (bf/d)<(2/3)d, para perfis T obtidos a partir daqueles ou para todos os demais perfis (Caso forem ligações parafusadas, deve ser composta de no mínimo 3 O DOCENTE : Angelo Sumana FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS parafusos alinhados na direção da força) Ct = 0,85 C) Para quaisquer perfis com ligações parafusadas, composto de apenas 2 parafusos alinhados na direção da força Ct = 0,75 D) Para chapas ligadas nas extremidades por soldas longitudinais, o valor de Ct é obtido conforme o a relação entre l e b (comprimento mínimo da solda e largura da chapa respectivamente): b l 1,5b 1,5b l < 2b l 2b Ct = 0,75 Ct = 0,87 Ct = 1,00 6 Fig. 12 - Área líquida efetiva em ligações soldadas LIGAÇÕES PARAFUSADAS TIPOS DE PARAFUSOS Em estruturas usuais, encontram-se os seguintes tipos de parafusos: _ Parafusos comuns (ASTM A307): são forjados com aços-carbono de teor de carbono moderado. Estes parafusos têm sua aplicação em estruturas leves e possuem baixa resistência à tração (415 MPa). _ Parafusos de alta resistência (ASTM A325 / ASTM A490): são feitos com aços tratados termicamente. Estes parafusos são aplicáveis quando se deseja uma maior resistência na ligação. Estes parafusos podem se enquadrar em duas categorias: _ A325 – N e A490 – N : a rosca do parafuso está no plano de corte. _ A325 – X e A490 – X : a rosca do parafuso está fora do plano de corte. DIMENSIONAMENTO É preciso, para o dimensionamento, a determinação da menor resistência entre a peça, na região com furos e sem furos, e: O DOCENTE : Angelo Sumana FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS a) o corte no corpo do parafuso; b) a tensão de contato nos furos (esmagamento e rasgamento). _ Dimensionamento ao corte do fuste do parafuso Rn = Ae . u u = 0,60 . u A resistência do parafuso ao corte é: 7 Rnd = . Rn Rnd = . Ae . (0,60 . u) Tabela de Valores de u de alguns parafusos Tipo de Parafuso v Ae diametro fu (MPa) A307 0,6 0,7 Ap 12,7 d 25,4 415 A325 – N 0,65 0,7 Ap 25,4 < d 38,1 725 A325 – X 0,65 Ap 825 12,7 d 25,4 A490 – N 0,65 0,7 Ap 12,7 d 38,1 1035 A490 – X 0,65 Ap 1035 12,7 d 38,1 Onde Ap é a área do parafuso: Ap = . d2 . ¼ A ter em conta: a) No caso de cisalhamento duplo deve-se multiplicar Ae por 2; b) Multiplicar o valor da expressão v . R nv pelo número de parafusos; Dimensionamento ao esmagamento e rasgamento no contato com a chapa A resistência de contato é v . R nv com v = 0,75 R n = α . Ab . u e Ab = t . d Onde é: a) 3,0 , para esmagamento sem rasgamento; b) Para rasgamento entre dois furos consecutivos: α = ( s / d ) – η1 ≤ 3,0 c) Para rasgamento entre uma borda situada à distância e do centro do furo: α = ( e / d ) – η2 ≤ 3,0 Os valores de 1 e 2 podem ser extraídos da tabela a seguir. O DOCENTE : Angelo Sumana FOLHA DO DOCENTE SOBRE O TEMA : ELEMENTOS TRACCIONADOS Tabela de Valores de Furo padrão Alongado Pouco alongado na direção do rasgamento 1 2 0,50 0 0,72 0,12 0,83 0,20 8 α = ( e / d ) – η2 ≤ 3,0 α = ( s / d ) – η1 ≤ 3,0 Figure 1. A esquerda a medida do e e a direita a medição do s O DOCENTE : Angelo Sumana
