1 1 INTRODUÇÃO ÀS ESTRUTURAS DE AÇO DEFINIÇÕES

ENG01173 (Prof. Alexandre Pacheco)
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INTRODUÇÃO ÀS ESTRUTURAS DE AÇO
DEFINIÇÕES
Materiais ferrosos mais comuns:
Aço (steel);
Ferro fundido (cast iron);
Ferro laminado (wrought iron).
Aço (teores de carbono: 0 → 1,7 %):
Maiores teores de carbono:
Aumentam a resistência mecânica;
Diminuem a ductilidade.
Tensões últimas de tração e compressão: iguais (300 → mais de 1200 MPa).
Ferro fundido (teores de carbono: 1,8 → 4,5 %):
Frágil:
Tensão última de compressão da ordem de 600 MPa.
Tensão última de tração: em torno de 0,6 da de compressão.
Ferro laminado (teores de carbono: menores que 0,12 %):
Distingue-se por apresentar partículas de escória em forma de fibras.
HISTÓRICO NA CONSTRUÇÃO:
1779: Primeira obra em material ferroso (ferro fundido): Ponte
Coalbrookdale (vão de 30 m), Inglaterra.
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1826: obra em ferro laminado (mais seguro!): Ponte suspensa de Menai
(vão de 175 m), País de Gales.
1857: no Brasil, obra em arcos de ferro fundido e tirantes em ferro
laminado: Ponte sobre o rio Paraíba do Sul (vãos de 30 m), RJ.
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1856: invenção de forno, permitindo a produção de aço em larga escala, tornando-o
mais competitivo.
1884: obra em aço: Viaduc de Garabit (vão de 165 m), França.
1890: obra em aço: ponte Firth of Forth (vão de 521 m), Escócia.
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1900: obra em aço: museu (ex-estação ferroviária) d’Orsay, França.
1961: primeiro edifício alto (136 m; 28 andares) em estrutura metálica no
Brasil: edifício Avenida Central, RJ.
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TIPOS DE AÇO:
Aços-carbono:
Baixo carbono
Moderado
Médio carbono
Alto carbono
< 0,15 %
0,15 → 0,29 %
0,30 → 0,59 %
0,60 → 1,70 %
Aços de baixa liga:
Aços-carbono com teores moderados + elementos de liga.
Aumento de resistência mecânica sem prejudicar soldagem.
Aços com tratamento térmico:
Aços-carbono com teores médios + tratamento térmico.
Aços para perfis laminados para uso estrutural (NBR 7007):
MR 250: média resistência, fy = 250 MPa; fu = 400 MPa
AR 290: alta resistência, fy = 290 MPa; fu = 415 MPa
AR 345: alta resistência, fy = 345 MPa; fu = 450 MPa
ENSAIOS:
Tração:
σ (MPa)
F
Diagrama tensão-deformação (com patamar de
escoamento e tensão de escoamento bem definidos).
fy
Ao
tg α = fy / εy = E
α
∆L
ε (%)
εy
Lf
σ (MPa)
Diagrama tensãodeformação (sem
patamar e com
tensão de
escoamento
convencional).
Lo
fy
0,2
εy
σ = N / A = F / Ao
No regime elástico:
ε (%)
ε = (Lf – Lo) / Lo = ∆L / Lo
σ=Eε
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Cisalhamento:
τ (MPa)
tg β = G
β
γ (rad)
Ao
d
F
γ
h
τ = V / A = F / Ao
γ = atan (d / h) ≅ d / h
No regime elástico:
PRODUTOS SIDERÚRGICOS ESTRUTURAIS:
Laminados:
Barras.
Chapas.
Trilhos.
Tubos.
τ=Gγ
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Perfis.
Perfis de chapa dobrada:
Uso de chapas finas (< 3 mm);
Conduz a problemas de instabilidade.
Perfis fabricados e compostos:
Solda
MÉTODO DE CÁLCULO
Método das tensões admissíveis;
(Obsoleto).
F.S. = σfalha / σadm → γ = f / fd → σmáx < fd = f / γ
γ: incertezas (carregamento, materiais, execução, modelos);
f: tensão limite (escoamento, flambagem, fadiga);
fd: tensão admissível ou de projeto;
σmáx: tensão solicitante máxima, avaliando-se todas as seções no regime elástico.
Devem-se verificar deformações excessivas sob cargas de serviço.
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Método dos Estados Limites:
(Adotado a partir de meados da década de 1980).
- Estados Limites Últimos (ELU): colapso.
Sd < Rd → Σ γg g + e + (γq q + Σ γq ψd q) < φ Rn
Sd: solicitações de projeto;
Rd: resistência de projeto;
g: ação permanente;
e: ação excepcional;
q: ação variável (alternar dominância);
Rn: resistência nominal.
NBR 8681 – Ações e segurança nas estruturas:
Ações
Normais
Na Construção
Excepcionais
γg
γq
Grande variab.
Pequena variab.
Devido ao uso
Outras ações
1,4 (0,9)
1,3 (0,9)
1,2 (0,9)
1,3
1,2
1,1
1,5
1,3
1,1
1,4
1,2
1,0
Ações
Sobrecarga (bibliotecas, arquivos, oficinas, garagens).
Vento, temperatura.
Cargas de equipamentos.
ψd
0,75
0,60
0,65
- Estados Limites de Serviço (ELS): deformações excessivas.
Valores limites de deformações elásticas (NBR 8800 – Projeto e execução
de estruturas de aço de edifícios):
Vigas em edifícios: 1/360 do vão.
Deslocamento horizontal do edifício devido ao vento: 1/400 da altura.