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Aula 01 Pec1112 Introduo

Descripción: Introdução estruturas metálicas

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PEC  –  Estruturas  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-01 PLANO DE CURSO Disciplina: PEC1112 - ESTRUTURAS METÁLICAS Número de Créditos: 3 créditos - 45 horas de aula Professor: Dr. Dr. Francisco Adriano Adriano de Araújo Turma 01: Sala de Aula do PEC: horário 3M123 - 07:00hs às 09:30hs Objetivo: Revisar e ampliar os conhecimentos adquiridos na graduação sobre o cálculo de estruturas metálicas em aço. PEC  –  Estruturas  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-02 Ementa: - Materiais utilizados nas estruturas metálicas e suas  propriedades; - Método dos estados-limites pela NBR 8800-2008; - Combinações de ações nos estados-limites últimos e de serviços; - ELS de deslocamentos excessivos; - Classificação das estruturas quanto a deslocabilidade; - Análise estrutural de primeira ordem; - Cálculo das cargas nas estruturas metálicas; - Determinação das forças do vento em galpões; PEC  –  Estruturas  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-02 Ementa: - Materiais utilizados nas estruturas metálicas e suas  propriedades; - Método dos estados-limites pela NBR 8800-2008; - Combinações de ações nos estados-limites últimos e de serviços; - ELS de deslocamentos excessivos; - Classificação das estruturas quanto a deslocabilidade; - Análise estrutural de primeira ordem; - Cálculo das cargas nas estruturas metálicas; - Determinação das forças do vento em galpões; PEC  –  Estruturas  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Dr. Francisco Adriano de Araújo Ementa (continuação): -Verificação de esforços resistentes em perfis laminados, soldados e dobrados; Verificação à tração; Verificação à compressão; Verificação à flexão simples; Verificação à flexão composta; - Sistemas de contraventamentos; - Placa de base e chumbador; - Ligações com parafusos; - Ligações com soldas; A01-03 PEC  –  Estruturas  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-04 Metodologia de Ensino: As aulas serão teóricas expositivas-dialogadas com apresentação em data show, show, aplicando as teorias estudadas ao cálculo estrutural de um galpão totalmente metálico e sem ponte rolante, a título de exemplos. É recomendado aos pós-graduandos imprimir e trazer os slides para o acompanhamento das aulas e a realização de eventuais anotações neste material. Recomenda-se imprimir 4 slides por página, frente e verso. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-05 Procedimentos de Avaliação da Aprendizagem:  Não haverá prova; avaliada a conduta (assiduidade, pontualidade, permanência, não uso do celular e atenção) nas aulas por parte dos pós-graduandos;  Será aplicados 17 Trabalhos Individuais, um para cada semana de aula, os quais deverão ser feitos manuscritamente, scaneados e entregues eletronicamente via sigaa-atividade. Estes trabalhos serão avaliados quanto a conteúdo  Serão PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo  Sendo A01-06 aplicada a seguinte pontuação final: A  –  Excelente; (excelente conduta e todos os Trabalhos OK! quanto a conteúdo e prazo) B  –  Bom; (razoável conduta; ou 1 Trabalho Deficiente) C  –  Suficiente; (conduta a desejar; ou 2 Trabalhos Deficientes) D  –  Fraco; (conduta inapropriada; ou 3 Trabalhos Deficientes) E  –  Insuficiente ou reprovado por faltas. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-07 BIBLIOGRAFIA BÁSICA: 1. NBR 8800-2008: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto;* 2. NBR 6123-1988: Forças devidas ao vento em edificações;* 3. NBR 14762-2010: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio;* 4. NBR 6355-2003: Perfis estruturais de aço formados a frio - Padronização;* PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-08 5. Pfeil, W. & Pfeil M. (2009). Estruturas de Aço - Dimensionamento prático de acordo com a NBR 8800-2008; 8ed. LTC Livros técnicos e científicos editora.* Rio de Janeiro-RJ. ISBN9788521616115. 7. FAKURY,R.H.; SILVA,A.L.R.C.; CALDAS,R.B.(2016). Dimensionamento de Elementos de Aço e Mistos de Aço e Concreto. 1a ed. Editora Pearson. São Paulo-SP. ISBN9788543001128. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-09 Capítulo 01 - Solicitações 1.1  –  Definição de Aço O aço é uma liga de ferro (aproximadamente 98%) e carbono (de 0,008% até 2,11%) com elementos residuais do processo de fabricação (silício, manganês, fósforo e enxofre) e elementos adicionados com o intuito de melhorar as características físicas e mecânicas do material, os quais são denominados elementos de liga (alumínio, cobre, cromo, molibidênio, níquel, vanádio, e etc) sendo que a adição ou não de um ou mais destes elementos varia de acordo com a finalidade de utilização deste aço. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-10 1.2  –  Vantagens da Utilização das Estruturas Metálicas • • • • • • • Alívio das fundações; Aumento da área útil;  Redução do tempo de obra;  Antecipação dos rendimentos;  Reciclagem;  Precisão construtiva;  Compatibilidade com o concreto armado. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-11 1.3  –  Desvantagens da Utilização das Estr. Metálicas A obra pode custar mais cara do que uma similar em concreto armado; A mão-de-obra necessária é mais especializada;  Necessidade de proteção contra incêndio;  Falta de tradição na utilização do aço em algumas regiões do Brasil;  Em algumas regiões pode ser difícil conseguir determinados tipos de aços e perfis metálicos;  Viabilidade somente em elementos lineares;  Pouco enfoque nos cursos de graduação no Brasil. • • • • • • • PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-12 1.4  –  Materiais Estruturais De acordo com o processo de fabricação existem três grandes grupos de perfis metálicos em aço: a) Perfis laminados, obtidos pela operação de laminação a quente em indústrias siderúrgicas. Ex.: Fabricantes: Gerdau Açominas e a ArcelorMittal (Antiga Belgo Mineira) PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo b) Perfis soldados, obtidos  pela soldagem de tiras de chapas. Ex.: c) Perfis dobrados, obtidos  pela dobragem de chapas finas em máquinas dobradeiras ou  perfiladeiras: Ex.: A01-13 PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-14 A norma brasileira NBR 8800-2008 trata do dimensionamento de estruturas metálicas em aço constituídas por perfis laminados ou soldados. Ex.: A norma brasileira NBR 14762-2010 trata do dimensionamento de estruturas metálicas em aço constituídas por perfis formados a frio (chapa dobrada). Ex.: PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo Aços considerados neste curso: NBR 8800-2008, item 4.5.2.9 pág.13  = 200.000  = 77.000  = 0,3  = 7.850/ A01-15 PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-16 1.5  –  Estrutura Metálica Foco deste Curso Galpão metálico (sem ponte rolante): Depósito Local: Natal-RN PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo Esqueleto metálico do galpão deste curso. Modulação: 8m x 24m A01-17 PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-18  Nomenclatura e exemplos de perfis e chapas  Pórtico e estruturas secundárias da cobertura PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-19  Nomenclatura e exemplos de perfis e chapas  Estruturas secundárias do fechamento PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-20  Nomenclatura e exemplos de perfis e chapas  Contravento global PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo Exemplos de galpões metálicos: A01-21 PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-22 Exemplos de galpões metálicos: OBS.: Para galpão metálico com ponte rolante ver SENA, L.V. T. (2017) Mestrado PEC/UFRN. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-23 1.6  –  Estados-Limites NBR 8800-2008, item 4.6.2 pag.14 Estados-limites são situações em que a estrutura deixa de atender as finalidades para a qual ela foi  projetada, seja no aspecto estrutural e/ou no aspecto funcional. Para a utilização da NBR 8800-2008 devem ser verificados:  Estados-Limites Últimos - ELU;  Estados-Limites de Serviço - ELS. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-24  ELU em estruturas metálicas: a) Perda de equilíbrio como corpo rígido; b) Plastificação total de um elemento ou seção; c) Ruptura de uma ligação ou seção; d) Flambagem;  ELS em estruturas metálicas a) Deslocamentos excessivos:  ≤    ≤    b) Vibrações excessivas:   ≤  c) Fadiga: ∆ ≤  ver: SENA, L.V. T. (2017) PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-25 1.7  – Ações ou Carregamentos NBR 8800-2008, item 4.7 pag.15 Os carregamentos que atuam na estrutura, são classificados quanto a sua variação no tempo em: a) Ações Permanentes: ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida útil da construção. Ex.: peso próprio da estrutura metálica, peso das telhas, isolamento térmico, forro e etc. b) Ações Variáveis: podem variar ao longo da vida útil da construção. Ex.: vento, sobrecargas de coberturas (sobrecarga acidental), cargas de equipamentos e instalações (sobrecarga de utilidades) e etc. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-26 c) Ações Excepcionais: têm duração extremamente curta e probabilidade muito baixa de ocorrência. Ex.: explosões, choques de veículos, incêndios e etc. Para o cálculo estrutural de um galpão metálico simples, sem ponte rolante, são considerados apenas quatro tipos de carregamentos básicos: - Peso próprio da estrutura metálica no instante em que esta estrutura está sendo calculada, ex. terças, travessas, tesouras, pilares e etc, estimados no pré-dimensionamento e confirmados no dimen   sionamento; PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-27 - Carga permanente, ex: peso de telhas, isolamento térmico, forros e etc (obtidos em catálogos), estrutura secundária e contraventos descarregando em outras estruturas; - Sobrecarga acidental mínima de 0,25kN/m2 na cobertura somada com a sobrecarga das utilidades, tais como bandejamento elétrico, esprinkler, ventiladores e etc, caso estas sejam superiores a 0,05kN/m2, NBR 8800-2008 item B.5.1 pág.112; - Força do vento, calculada c/ a NBR 6123-1988; PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-28 De acordo com a NBR 8800-2008 item B.3 pág.111 a sobrecarga deve ser considerada aplicada a apenas uma parte da estrutura se o efeito produzido for mais desfavorável que aquele resultante da aplicação da ação sobre toda a estrutura. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-29 De acordo com o item 2.2.1.4 da NBR 6120-1980 as terças devem ser projetadas para suportar na posição mais desfavorável uma sobrecarga concentrada de 1,0kN alem da carga permanente. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-30 1.8  –  Combinações Últimas Normais NBR 8800-2008, item 4.7.7.2.1 pag.19 Para o cálculo dos esforços de projeto os carregamentos que podem atuar numa estrutura são considerados agindo simultaneamente de forma a produzirem os efeitos mais desfavoráveis à segurança desta estrutura. Dá-se o nome de combinações de carregamento a forma como os carregamentos são considerados agindo simultaneamente na estrutura.  Neste curso serão consideradas apenas as Combinações Últimas Normais, as quais são aquelas que decorrem do uso previsto para a edificação. PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-31 Para cada combinação última normal devem estar incluídas as ações permanentes e a ação variável princi  pal, com seus valores característicos ponderados e as demais ações variáveis, consideradas secundárias, com seus valores reduzidos de combinação devidamente  ponderados. onde: - Carregamento total combinado para o dimensionamento da estrutura; PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-32 onde: - Número total de carregamentos permanentes; - Coeficiente de ponderação do i-ésimo carregamen   to permanente, NBR8800-2008 tabela 1 pág.18; - Valor característico do i-ésimo carregamento  permanente; - Coeficiente de ponderação da ação variável  principal, NBR8800-2008 tabela 1 pág.18; Valor característico da ação variável principal; PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-33 onde: - Número total de ações variáveis; - Coeficiente de ponderação da j-ésima ação variável secundária, NBR8800-2008 tabela 1 pág.18; - Fator de combinação da j-ésima ação variável secundária, NBR8800-2008 tabela 2 pág.19; - Valor característico da j-ésima ação variável secundária; PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-34 (pág.18) PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-35 PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-36 No caso de galpões metálicos sem ponte rolante se consideram as seguintes combinações últimas normais PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-37 1.9  –  Combinações para ELS NBR 8800-2008 item 4.7.7.3 pág.21 As combinações de serviço são classificadas de acordo com sua frequência de atuação na estrutura em:  Quase permanentes  –  avaliam os deslocamentos  para efeitos de longa duração e aparência da construção (funcionamento adequado);  Frequentes  –  avaliam os deslocamentos reversíveis na estrutura (sem dano permanente);  Raras  –  avaliam os deslocamentos irreversíveis na estrutura (com dano permanente); PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo  A01-38 Combinações Quase Permanentes de Serviço - Fator de redução das ações var. quase permanentes PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-39 No caso de galpões metálicos a Combinação Quase Permanente  é utilizada para a verificação do deslocamento resultante máximo em vigas e tesouras de coberturas em geral, exceto para o caso de cobertura com inclinação inferior a 5% e no caso da existência de forros frágeis (onde são utilizadas outras combinações de serviço).  PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo  A01-40 Combinações Freqüentes de Serviço - Fator de redução da ação variável frequente; (pág.19) PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-41  No caso de galpões metálicos a Combinação Frequente  é utilizada para a verificação do deslocamento resultante em vigas e em tesouras de cobertura para telhados com inclinação inferior a 5% e tem o objetivo de evitar empoçamento d’água.  PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo  A01-42 Combinações Raras de Serviço Para galpões metálicos a combinação rara de serviço   é utilizada para a verificação do deslocamento resultante máximo tanto em terças de cobertura quanto em vigas ou tesouras de cobertura com forros frágeis:  PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-43  No caso da utilização de coberturas que suportam forros frágeis além da combinação rara   também se considera a combinação rara   para a verificação do deslocamento resultante máximo em vigas ou tesouras desta cobertura:   PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-44  A combinação rara de serviço   é utilizada para a verificação do deslocamento vertical máximo da travessa de fechamento (entre os tirantes):  A combinação rara de serviço   é utilizada para a verificação do deslocamento horizontal máximo das travessas de fechamento, das colunas de vento e pilares do galpão, assim como o deslocamento máximo das terças na direção perpendicular a cobertura: PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-45 1.10  –  ELS de Deslocamentos Excessivos Critério de verificação do ELS de deslocamento excessivo:  ≤  onde:   - Deslocamento máximo obtido para a estrutura carregada com as combinações de serviço aplicáveis (  ,  ,  ,  ,  e  );  1 2 3 4 5 6 - Deslocamento limite (admissível),  NBR8800-2008 tabela C.1 pág.117; PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-46  NBR 8800-2008 Tabela C.1 pág.117 Para vigas bi-apoiadas L é o vão teórico entre apoios e  para vigas em balanço L é o dobro do vão teórico. Sendo H a altura total do pilar ou da coluna de vento. OBS.: A permite contraflecha PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-47 Limites de deslocamento para galpão metálico  ≤  PEC  –  Estruturas Metálicas: Prof. Dr. Francisco Adriano de Araújo A01-48  NBR-8800-2008: Galpão Metálico Simples ;   ≤ 300  ≤ 200